Aire Acondicionado Calefacción

Perspectivas tecnológicas para climatización inmobiliaria

El desarrollo de una industria va de la mano del avance tecnológico. En los sectores HVAC e inmobiliario, las aplicaciones smart control y las tecnologías como el IoT, la RV y los VDF son algunas de las soluciones que los facility managers pueden emplear para mejorar la eficiencia energética de los sistemas de climatización en edificios

Jorge Waldemar Sosa

a tecnología está dando nueva vida a los negocios en todos los ámbitos, y crece exponencialmente año con año, por lo que afecta la forma en la que los negocios se mueven. La industria HVAC no es la excepción, sobre todo en la nueva generación de edificios inteligentes y sustentables.

Precisamente en este último aspecto, las tendencias de estos sistemas están orientadas a reducir la cantidad de energía utilizada, al mismo tiempo que hacen que el proceso sea más ecológico per se.

También están haciendo que el servicio al cliente, la capacitación al personal y la fabricación e instalación de productos sean mucho más rápidos y eficientes que nunca. Todo ello conduce al impacto positivo que presentamos a continuación.

Las tendencias en climatización, los nuevos algoritmos y sensores hacen posible una gran variedad de escenarios y respuestas automatizadas y personalizadas

1. Controles IoT
El internet de las cosas está creciendo y permite que las tecnologías más utilizadas se comuniquen con los usuarios de nuevas maneras. Un sistema HVAC con conexión wifi no depende del reconocimiento del operador para identificar un mal funcionamiento o para evitar posibles errores. Para ello, se implementan diagnósticos preventivos integrados en los controles inteligentes (smart controls) para ayudar a detectar fallos de funcionamiento.

Las tendencias en climatización están comenzando a incorporar estas capacidades. Ahora, envían alertas cuando tienen alguna falla y necesitan una reparación, o bien, cuando ya es momento de su mantenimiento de rutina o para calendarizar automáticamente una visita del técnico. Además, se dispondría de capacidades remotas para controlarlos desde cualquier lugar.

Por otro lado, los nuevos sensores en termostatos o compresores pueden contribuir a regular el funcionamiento en tiempo real, adaptándose a las variaciones del entorno de forma inmediata. Como ejemplo, los sensores de CO2 pueden compartir la información de la ocupación, ventilar adecuadamente un espacio y, al mismo tiempo, lograr un ahorro de energía. O, si la humedad es demasiado baja, también activarían al humidificador, además, en caso de detectar un gran aumento en la temperatura, podrían accionar una alarma; es decir, con los nuevos algoritmos y la gran cantidad de sensores, se podrían plantear una gran variedad de escenarios y de respuestas personalizadas para cada caso.

El impacto de los smart controls en el sector inmobiliario definitivamente es un parteaguas que determina un nuevo camino en los edificios sustentables, con el objetivo de ejecutar el sistema de manera más rápida, eficiente y confortable, para lograr la reducción en el consumo de energía y un ahorro durante su vida útil.

2. Realidad virtual
Hoy en día, algunas empresas del sector del frío están utilizando la tecnología de realidad virtual (RV) para mostrar a los clientes potenciales cómo funciona un sistema propuesto, o bien, para ayudarlos con los planos de un edificio o estructura, mediante un reconocimiento espacial mejorado. Asimismo, permite observar el funcionamiento interno de los equipos y dispositivos para que los técnicos puedan repararlos más rápida y eficientemente.

Por otra parte, esta tecnología facilita y mejora la capacitación del personal técnico, de los operadores y usuarios finales, lo que les permite reparar, dar servicio, operar y emplear las unidades HVAC, sus sensores y actuadores, termostatos y otras máquinas, en un entorno de riesgo reducido. En resumen, logra un entrenamiento de mayor calidad en menor tiempo.

La RV permite visualizar el funcionamiento interno de los equipos HVAC, lo que facilita y mejora la calidad de la capacitación del personal de servicio, de los operadores y usuarios finales

3. Controles de velocidad variable (VFD)
Tradicionalmente, un equipo HVAC está diseñado para operar a carga máxima, es decir, que se considera el peor escenario con la finalidad de mantener el confort aún en condiciones extremas, sin embargo, la mayor parte del tiempo opera a carga parcial. Esto representa un gasto inútil, por tanto, los controles de velocidad variable han generado una gran demanda y cada día se diseñan para ser más eficientes.

Hoy más que nunca, los profesionales emplean una serie de estrategias para lograr la eficiencia energética óptima. 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. El control eficaz del flujo de aire y agua en los sistemas satisface las demandas siempre cambiantes de los dispositivos.

El diseño de los compresores inverter, como también se les conoce, ofrece nuevas oportunidades, sobre todo en lo que se refiere a la eficiencia energética de los edificios, la reducción del consumo energético y la reducción de los costes de operación.

Además, esta tecnología mejora el factor de potencia, lo que a su vez incrementa la calidad de la fuente de alimentación y, por ende, su eficiencia. La modulación de la capacidad atenúa los picos de demanda de energía y contribuye a aumentar la fiabilidad de la red y la calidad de la energía suministrada.

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, es decir, la tecnología VFD puede representar una reducción del 30 por ciento en el consumo eléctrico en comparación con un compresor de velocidad fija o modulado mecánicamente. Ello asegura los procesos de forma óptima y proporciona mayor comodidad.

En resumen, ahorro y mejor calidad del suministro de energía, control preciso de la temperatura, menor ruido y mayor comodidad hacen de esta tendencia una medida muy efectiva en la continua adaptación a la demanda de refrigeración, y generan un ahorro considerable en la operación de un edificio inteligente.

4. Apps para el cálculo de carga
Para determinar el tamaño correcto de la unidad de aire acondicionado en un inmueble es necesario prever los requerimientos de enfriamiento que se deben suministrar en todo momento. Esto se consigue evaluando la carga en condiciones variables muy diferentes, lo que exige un gran número de cálculos y estimaciones.

Atrás quedaron esos días en los que los ingenieros hacían conjeturas apropiadas, o no, sobre las ganancias y pérdidas de calor de un inmueble y se fabricaban unidades sobre dicha base. Esto, definitivamente, fue bueno en su época, ya que las compañías instalaban unidades sobredimensionadas que aseguraban su funcionamiento todo el año; sin embargo, representa un gran desperdicio de energía y un gasto inicial importante para los administradores del edificio.

En la actualidad, los sistemas y aplicaciones de software garantizan cálculos ciento por ciento precisos de las necesidades de calefacción y refrigeración. Aplicaciones como HVAC Load Plus y Duct Calc Elite están resultando fundamentales para los procesos de dimensionamiento.

Con HVAC Load Plus se pueden recolectar datos de los clientes en el campo y enviarlos a la oficina para su posterior análisis. La capacidad de ingresar estas cifras ahorra tiempo. La aplicación cuenta con una amplia información del clima para miles de ciudades, variaciones de entrada adicionales para propiedades como flujo de aire de ventilación y número de personas, servicios de ubicación de equipos, datos de cientos de tipos de construcción de puertas, pisos, techos y ventanas, y la opción de descargar un informe completo en HTML.

Duct Calc Elite es una solución que ayuda a los ingenieros a trabajar de forma más eficiente y calcular el tamaño de los conductos con precisión. Esto evita que sean demasiado grandes para comprometer la velocidad del flujo de aire, o bien, si son demasiado pequeños, evita que todo el sistema deba funcionar de más.

Esta aplicación calcula los parámetros para establecer la dimensión exacta del conducto, incluidos los pies cuadrados de las instalaciones, los pies cúbicos por minuto, los pies cuadrados de cada habitación individual y la tasa de pérdida por fricción. Indica, también, caída de presión, tamaño de conducto por flujo de aire y tamaño de conducto por dimensión. Las unidades dimensionales disponibles se encuentran tanto en el sistema internacional como en el sistema inglés.

Estas aplicaciones hacen que el diseño sea mucho más rápido y eficiente, así como también cualquier modificación que deba efectuarse durante la vida útil del inmueble, y logra tiempos de instalación más breves, además de que reduce el consumo de energía en dichos edificios.

5. DeVAP HVAC
La nueva tecnología DeVAP significa “Enfriador Evaporativo Mejorado de Desecante”. Es una variante de los enfriadores tradicionales de esta clase. A menudo se le conoce como swamp cooler y trabaja bajo un principio muy simple: la humedad relativa es la capacidad del aire para retener la humedad a la temperatura actual.

Entonces, el agua corre a través de una superficie de malla dentro del enfriador, mientras que el ventilador de éste extrae aire a través de la almohadilla húmeda; la evaporación del agua enfría el aire a medida que pasa y también atraviesa por un medio de panal, como si fuera absorbida por una esponja; luego, un ventilador sopla agua a través de los medios de nido de abeja y hace que ésta se evapore; a medida que esto sucede, el aire se enfría y se libera en su sistema; finalmente, usan un desecante para absorber su humedad.

Figura 1. Esquema de un enfriador evaporativo mejorado de desecante

Un desecante es una sustancia que absorbe agua de su entorno. Esto le proporciona el mismo tipo de aire frío y seco que ofrecen los actuales acondicionadores de aire. Los sistemas DeVAP usan menos energía para operar y no usan refrigerante dañino. En comparación con el aire acondicionado convencional:

  • No utilizan compresores ni refrigerantes, sino un desecante de agua salada para eliminar la humedad del aire entrante
  • Este tipo de enfriador usa el calor proporcionado por el gas natural para evaporar el agua del desecador
  • Sólo usan energía para deshumidificar (con gas natural) y distribuir el aire (con electricidad)
  • El enfriamiento del aire se realiza mediante el proceso evaporativo, una técnica natural
  • No usan constantemente agua: el líquido eliminado durante el proceso de deshumidificación se reutiliza en el enfriamiento evaporativo

Las unidades DeVAP consumen desde un 50 hasta un 90 por ciento menos de energía que el aire acondicionado convencional. El ahorro real depende del nivel de humedad en la región donde se encuentra el dispositivo.

Si consideramos que en un edificio de oficinas tradicional el consumo de los equipos de climatización es aproximadamente del 30 al 40 por ciento del total de energía, al aplicar esta tecnología, se tendría una reducción del 15 al 36 por ciento sobre dicho consumo, lo cual, prácticamente, convertiría a cualquier inmueble en una instalación sustentable.

Aunque esta tecnología es aún muy reciente, se prevé que cambiará toda la fisonomía del HVAC como la conocemos hasta hoy. Actualmente, se está desarrollando la segunda generación cuya aplicación será para cualquier tipo de región, sin importar el nivel de humedad en el medioambiente.

Figura 2. Diseño de un sistema VRF. Fuente: Fujitsut

6. Sistemas de purificación de aire
Más allá de la mera eficiencia, los avances tecnológicos en esta industria están mejorando la salud y la seguridad. A medida que los usuarios comienzan a exigir una mayor calidad del aire, los métodos de purificación se vuelven más efectivos e inteligentes. Específicamente, las tecnologías se centran en deshacerse de los alérgenos más comunes y los VOC (compuestos orgánicos volátiles), que son determinantes en la reducción de la calidad del ambiente.

Una de las mejores formas de aumentar la pureza del aire es mediante el monitoreo en línea de su calidad y el uso de filtros. La NASA ha sido la fuente de algunas de las tecnologías más efectivas en esta área. Por ejemplo, un sistema le notifica si la calidad del aire se ha deteriorado o si se necesita reemplazar un filtro. Para garantizar el estado óptimo, los sistemas de purificación combinan métodos de limpieza optimizados con eficiencia energética.

7. Controles de flujo variable de refrigerante (VRF
Éstos, a diferencia de un aire acondicionado dividido tradicional, han experimentado un gran crecimiento en los últimos años. En los sistemas de volumen variable de refrigerante, también conocidos como VRF, existe una unidad externa común que está conectada con múltiples unidades internas a través de tuberías de cobre aisladas. Su naturaleza es muy similar, aunque no exactamente igual, a lo que se conoce como sistemas multisplit. Se categorizan dentro de los equipos de aire acondicionado de expansión directa.

La unidad exterior de estos equipos cuenta con un mecanismo que utiliza el aire exterior para evaporar (calor) o condensar (frío) el gas refrigerante. A continuación, se distribuye por las tuberías para llegar a los diferentes espacios donde las unidades interiores se encargan de utilizarlo para enfriarlos o calentarlos.

A diferencia de otros sistemas como las bombas de calor, los controles de flujo variable de refrigerante cuentan con la ventaja de poder regular o variar el volumen de refrigerante aportado a las baterías de condensación-evaporación.

Los sistemas de climatización VRF pueden ser de dos tubos o de tres tubos. Los primeros proporcionan frío o calor, pero no ambas a la vez. Por su parte, los de tres tubos sí pueden suministrar frío y calor simultáneamente.

Principales beneficios

  • Ahorro energético: es uno de los principales reclamos de los fabricantes de este tipo de equipos. Se estima que la reducción que consiguen oscila de media entre el 11 y el 20 por ciento
  • Tecnología Inverter: al menos uno de los compresores de los sistemas VRF es Inverter
  • Fácil instalación: a diferencia de otros equipos, como las enfriadoras, los sistemas VRF no son especialmente pesados y tienen un diseño modular
  • Mantenimiento económico: al tratarse de unidades de expansión directa, su mantenimiento no es en absoluto complejo
  • Control optimizado: permiten una gestión individualizada de los espacios a climatizar; cada área puede ser tratada como una zona particular
  • Aun cuando tienen un costo inicial más alto, ofrecen bajos costos de energía y mantenimiento

Además, los VRF también funcionan bien en carga parcial y puede responder rápidamente ante un cambio del punto de ajuste. Por ejemplo, si durante el fin de semana la temperatura del edificio se redujo por falta de ocupación, puede regresar a sus niveles normales rápidamente el lunes por la mañana, cuando las personas vuelvan al edificio.

8. Sistemas geotérmicos
En lugar de usar gasolina, diésel o gas, las bombas de calor geotérmicas son alimentadas por la tierra misma. Utilizan la energía del suelo durante todo el año (ya que permanece constante, en comparación con el exterior) para calentar o enfriar un espacio. Aunque el costo inicial de un sistema geotérmico es más alto que el equipo HVAC tradicional, éste se paga solo, ya que tiene un retorno de inversión acelerado.

En términos de eficiencia y de mantener el confort en los edificios, los sistemas geotérmicos realmente utilizan una cantidad de equipo mecánico limitada: una unidad interior utiliza un ventilador, un compresor y una bomba para suministrar el aire templado a través del edificio. Esto hace que el diseño de un inmueble pueda tener más espacio disponible, porque gran parte de su calefacción y refrigeración se genera a partir del calor de la tierra.

Debido a que el uso de energía renovable, en términos generales, ha crecido significativamente, las personas se han vuelto más conscientes del medioambiente. Con ello, la gente evalúa más allá de la inversión inicial, considerando también los costos operativos durante la vida útil del inmueble, es decir, el verdadero costo de propiedad a lo largo del tiempo. Desde esa perspectiva, esta solución es viable para una edificación inteligente y sustentable.

9. Diseño de edificación sostenible
Los nuevos diseños para edificios involucran la sustentabilidad. Este concepto es denominado diseño de edificios ecológicos, construcción ecológica o diseño de edificios sustentables. En ellos, el sistema de climatización del inmueble es un componente muy importante, ya que los sistemas de calefacción y refrigeración son una fuente importante de consumo de energía.

El diseño sustentable ha provocado que los arquitectos reconsideren los sistemas de ventilación y utilicen un flujo de aire más natural para reducir los costos de energía. Asimismo, hoy en día hay una gran variedad de materiales de construcción que son capaces de mantener el lugar a una temperatura más uniforme, sin grandes variaciones lo que reduce la cantidad de climatización necesaria.

Además, la fuente de energía de estos edificios verdes es de origen alternativo, lo que trae como consecuencia ahorros adicionales en los costos de operación y disminuye los efectos nocivos al ambiente, eso se traduce en beneficios a la comunidad.

Hoy en día, el diseño de edificios de energía cero es una realidad. Aplicar tecnologías novedosas como las descritas anteriormente, combinadas con el uso de energías alternas, resulta en una edificación inteligente y sustentable.

El comienzo de una nueva era
A medida que evolucionan las tendencias y tecnologías de HVAC, los facility managers probablemente perciban más equipos (sensores, termostatos, controles, entre otros) y más cálculos predictivos; no obstante, también hay una mayor cantidad de instrumentos y soluciones para definir mejores estrategias y lograr resultados realmente asertivos. Se recomienda trabajar con un contratista de controles para resolver cualquier problema y considerar efectuar un retro-commissioning, si es necesario.

Un buen inicio para saber qué tanto se puede hacer por mejorar un edificio es realizar una auditoría energética, que se efectúa con ayuda de un profesional que pueda ayudarlo durante este proceso, como un consultor LEED o un verificador de BOMA, quiénes pueden ayudar tanto a los inversores como a sus contratistas de HVAC a evaluar las mejores opciones y decidir cuál se adapta a las necesidades de cada instalación.

La tecnología ha contribuido al inicio de una nueva era para la industria del frío que, ante los nuevos retos, está respondiendo a las demandas de los usuarios de una manera más apropiada que nunca, con modelos inteligentes y con mayor eficiencia energética.

Las empresas en esta industria también están viendo desarrollos positivos en el servicio al cliente con el surgimiento de nuevas aplicaciones que facilitan su trabajo, así como con software de desarrollo de cotizaciones, de cálculo de ductos, de dibujos de ingeniería, de integración con otras especialidades, con BIM, etcétera. Estas tecnologías esenciales están creando una industria más eficiente en energía y rentable, que modelará todo el siglo XXI.
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Jorge Waldemar Sosa
Cuenta con más de 25 años de experiencia en el negocio de automatización de edificios, en la industria de la seguridad electrónica, en tecnologías de sistemas de BMS, F&S, HVAC, CCTV, entre otras. Actualmente es consultor LEED GA, verificador BOMA, miembro del Jurado de Evaluación en el IMEI y proveedor de asesoría, comisionamiento y supervisión en proyectos de ingeniería.

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