Diseño de sistemas de climatización de edificios: aspectos importantes y etapas de elaboración del proyecto

Es difícil no estar de acuerdo en que mantener una temperatura confortable en el espacio y un buen intercambio de aire es la base de un microclima normal en un edificio de cualquier propósito. Los modernos equipos climáticos y dispositivos para mejorar la ventilación son capaces de crear en cuestión de minutos un ambiente confortable en la habitación – con la temperatura adecuada y un nivel de humedad aceptable.

Sin embargo, la simple instalación de cualquier modelo de aire acondicionado que nos guste no siempre puede resolver el problema de la temperatura excesivamente alta del aire, ¿no es así? Por lo tanto, el diseño profesional y competente de los sistemas de climatización de edificios es el primer paso antes de adquirir dicho equipo. La selección del equipo óptimo y su instalación en el lugar adecuado permitirán enfriar o calentar el aire con el menor consumo de energía y tener en cuenta las necesidades de todos los presentes en el espacio.

En este material, examinaremos las etapas principales de la creación de un proyecto para un sistema eficiente de climatización de espacios, analizaremos los cálculos que se deben realizar durante la planificación y aprenderemos cómo elaborar un esquema correcto de termorregulación del aire.

Necesidad de climatización de espacios

El sistema de climatización, así como el de ventilación, juega un papel enorme en el mantenimiento de un ambiente confortable para la vida y el trabajo de las personas. El aire demasiado caliente afecta seriamente el bienestar y el rendimiento humano, por lo que vale la pena ocuparse del microclima del espacio y la dirección del movimiento de las masas de aire ya en la etapa de construcción o renovación del edificio.

Además del impacto en las personas, el régimen de temperatura y la humedad también afectan el funcionamiento del equipo en oficinas o talleres de producción. Los altos niveles de temperatura aumentan la carga sobre la maquinaria, lo que puede causar la avería de ciertos componentes.

No solo los motores de las máquinas sufren por las altas temperaturas. Los equipos modernos, equipados con electrónica compleja, son bastante sensibles al régimen de temperatura

Mantener la temperatura adecuada también puede convertirse en la base de la seguridad. Almacenar ciertos materiales en habitaciones con aire excesivamente caliente es simplemente inadmisible. Para reducir la probabilidad de incendio, el sistema de enfriamiento de aire debe funcionar correctamente y compensar completamente el exceso de calor interno y externo.

¿Por qué es necesario elaborar un proyecto?

El cumplimiento de las normas necesarias y el cálculo preciso de la carga del sistema de aire acondicionado evita a los usuarios una gran cantidad de problemas. Durante la creación del plan se tienen en cuenta una gran cantidad de factores que pueden afectar la eficiencia del equipo. Sin considerar estos detalles, el funcionamiento de los componentes del sistema de aire acondicionado puede tener una eficiencia inaceptablemente baja.

Un enfoque competente para la creación del proyecto permite realizar las tareas clave, entre las que cabe mencionar:

• mantener la temperatura y humedad óptimas en el edificio;
• seleccionar el equipo climático y de ventilación más adecuado;
• posibilidad de ajuste multizonal del régimen de temperatura;
• operación suave del equipo, que favorece su resistencia al desgaste;
• organización de la dirección correcta de los flujos de aire;
• consumo de electricidad extremadamente bajo para alcanzar los regímenes de temperatura establecidos, etc.

Al diseñar, también se tienen en cuenta las características estéticas de la instalación del aire acondicionado. El sistema de enfriamiento de aire puede integrarse de manera exquisita en el interior si su integración en el espacio se aborda con competencia y experiencia.

Un aire acondicionado instalado de forma estética puede permanecer prácticamente invisible para los invitados y no afectar en absoluto la idea general del diseño interior.

La etapa de planificación del sistema de aire acondicionado no se puede omitir, ya que es precisamente un plan claro lo que permite desarrollar un concepto eficaz de refrigeración para cualquier espacio o edificio completo, preparar los planos necesarios y las tareas específicas para los equipos de instalación, electricistas y otros especialistas.

Tipos de sistemas de climatización

Los cálculos y las características específicas del espacio influyen en la elección del sistema de aire acondicionado. En cada uno de ellos se utilizan modelos específicos de aires acondicionados, que se pueden dividir en tres grandes tipos: domésticos, industriales y comerciales.

Los sistemas en sí se dividen en los siguientes tipos:

• complejos multizona;
• sistemas split y multisplit;
• enfriamiento central;
• aire acondicionado de precisión;
• sistemas de chiller-fan coil;
• sistemas con aires acondicionados de conductos o de techo, etc.

Para uso doméstico, se eligen con mayor frecuencia los sistemas multizona, sistemas split y sistemas multisplit. La principal diferencia de estos conjuntos es la cantidad de unidades interiores del equipo.

Sistema split implica la presencia de una unidad interior de refrigeración, multisplit de cinco, y en un sistema multizonal se integran de 10 a 15 unidades que funcionan gracias a una unidad exterior extremadamente potente.

El sistema de aire acondicionado multizonal es uno de los métodos más eficaces para enfriar el aire en locales de diversos usos, gracias al funcionamiento independiente de las unidades interiores y a la potencia de la unidad exterior.

La elaboración del plan de un sistema de climatización eficiente se fundamenta en el cálculo del balance térmico del aire, considerando todos los factores clave que afectan al microclima dentro del edificio.

El diseño también se rige por documentos normativos y considera requisitos sanitarios, arquitectónicos, de protección contra incendios y demás.

Cálculos para elaborar el plan del sistema

Para seleccionar la potencia óptima de la unidad exterior operativa y calcular la cantidad de unidades interiores, se tiene en cuenta la carga térmica interna y externa del edificio.

Las cargas térmicas internas siempre tienen un valor positivo y consisten en la emisión de calor de las personas que habitan la vivienda, la producción de energía térmica por parte de los electrodomésticos y las fuentes de iluminación. En locales comerciales o de oficinas, a dicha carga del sistema de climatización se suma el calor generado por equipos de alto consumo energético; en edificios de uso industrial, la cesión de calor de líquidos calientes, maquinaria, así como el calor desprendido en procesos químicos.

Las cargas térmicas externas pueden ser tanto negativas como positivas. Por consiguiente, la carga exterior se manifiesta como ganancias o pérdidas de calor.

Los conductores de pérdidas y ganancias de calor se muestran de forma clara en el esquema anterior. Las flechas rojas marcan los flujos de pérdida de calor, y las azules, la entrada de frío en el edificio.

Las fuentes de dicha carga térmica son:

• la luz solar que entra a través de las ventanas de doble acristalamiento;
• el calor o el frío que se transmite a través de paredes, ventanas, suelo, techo y cubierta;
• las pérdidas y ganancias de calor debidas a la ventilación de impulsión.

Los valores cuantitativos de un mismo tipo de carga térmica externa pueden variar desde cargas positivas a negativas durante el día, por ejemplo, con una amplia oscilación entre las temperaturas diurna y nocturna, y de una temporada a otra. Por ejemplo, en verano la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior es reducida, por lo que el calor penetra con mayor facilidad en el edificio. En invierno sucede el proceso contrario, en el que el calor abandona la edificación más rápidamente.

El cálculo del balance térmico del aire permite seleccionar el equipo necesario y planificar el lugar adecuado para la instalación del aire acondicionado.

Los acondicionadores de aire modernos pueden, si es necesario, calentar el aire de manera notable. Por lo tanto, al diseñar un sistema de aire acondicionado, es importante considerar también las áreas principales donde se observan altas pérdidas de calor.

Al realizar los cálculos, se deben considerar los factores clave que afectan la entrada y pérdida de calor:

• características climáticas de la zona;
• materiales con los que está construido el edificio;
• grosor de las paredes y presencia de aislamiento;
• número de cámaras en el vidrio aislante y eficiencia energética general de la ventana;
• orientación del edificio respecto a los puntos cardinales;
• presencia de equipos y maquinaria que generan calor durante su funcionamiento;
• número de personas que residen o permanecen regularmente en el espacio;
• número de habitaciones en el apartamento o casa, etc.

En base a esto, es fácil entender que solo un profesional experimentado puede abordar el plan del futuro sistema de aire acondicionado de manera precisa y competente, ya que en el proceso de preparación del proyecto es necesario tener en cuenta demasiados matices específicos.

Etapas del diseño

La elaboración del plan de trabajo necesario se realiza en dos etapas consecutivas, que incluyen la preparación de todos los cálculos, presupuestos, especificaciones técnicas para especialistas de áreas afines y la selección de la gama de modelos de equipos adecuados.

Etapa #1 — preparación de cálculos y tareas

La preparación consiste en familiarizarse con el edificio, su ubicación, características constructivas y otros factores.

Los especialistas elaboran un estudio de viabilidad técnica y económica, sobre cuya base se selecciona aproximadamente el tipo de sistema de aire acondicionado. Este último se describe de manera simplificada.

En el esquema simplificado se muestran los eslabones clave del sistema de aire acondicionado, los bloques de distribución de refrigerante y los bloques principales de control del equipo climático.

El técnico ofrece equipos potencialmente eficientes que cumplen con las necesidades del espacio según las características básicas:

• la potencia;
• capacidad de refrigeración, calefacción y suministro de aire.

Después de esto, se elabora un presupuesto de los trabajos futuros. Si el proyecto de viabilidad satisface al propietario del edificio o apartamento, la etapa preparatoria pasa a la fase de trabajo.

Etapa #2 — selección del equipo adecuado

En esta etapa, el diseño se basa en cálculos precisos que tienen en cuenta la carga térmica interna y externa, así como las características termotécnicas del objeto. Los cálculos se realizan individualmente para cada espacio, después de lo cual se conocen con precisión los excesos de calor en cada zona. Con base en estos datos, se selecciona el equipo necesario para compensar las cargas térmicas.

Después de seleccionar el equipo, comienza el diseño de los lugares de instalación de los acondicionadores de aire, se proporciona un esquema de distribución de conductos de aire, se prepara un plan de trabajos técnicos para el equipo de instalación y los electricistas.

Todos los materiales preparados se entregan al cliente y al proveedor del equipo climático. Después de la instalación, es recomendable realizar trabajos de puesta en marcha y ajuste, que ayudarán a configurar el funcionamiento del equipo.

¿Qué riesgos conlleva el diseño independiente?

Sin la experiencia y los conocimientos adecuados, es bastante difícil diseñar personalmente un sistema de aire acondicionado.

Si no se tiene en cuenta al menos un factor, como la orientación del apartamento hacia el norte o la presencia de ventanas de doble acristalamiento con baja eficiencia de retención de calor, todo el sistema de aire acondicionado funcionará de manera ineficiente.

Los indicadores de ahorro de energía de las ventanas de metal y plástico dependen de múltiples factores: el número de cámaras, la presencia de recubrimientos especiales, etc. Por lo tanto, calcular las pérdidas y ganancias de calor por cuenta propia es bastante complejo.

Además, el equipo climático puede estar sometido a cargas más intensas, ya que durante el proceso de climatización el equipo tendrá que compensar constantemente las ganancias de calor no consideradas por el diseñador.

En general, cualquier deficiencia en el proyecto elaborado puede conllevar problemas graves:

• funcionamiento injustificado del aire acondicionado en una habitación mientras la mayoría de los residentes se encuentran en otras estancias;
• al consumo excesivo de electricidad, que se gasta en suprimir el calor no contabilizado de la iluminación o los equipos;
• imposibilidad de regular la temperatura por zonas;
• compra de un equipo demasiado potente o de bajo rendimiento;
• al desgaste rápido o avería de los componentes del sistema split debido a una carga excesiva, etc.

Por lo tanto, la elaboración del esquema de climatización, incluso para una vivienda u oficina pequeña, debe confiarse a profesionales.

El ahorro de costes en el diseño puede traducirse en gastos injustificados durante la operación del equipo.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Cinco tipos de los sistemas de aire acondicionado más comunes, sus características, diferencias y posibilidades están descritos en detalle por el ponente del siguiente vídeo:

El dispositivo básico de los sistemas de climatización y las recomendaciones para elegir el tipo adecuado son proporcionados por un ingeniero de ventilación y aire acondicionado:

Un enfoque profesional en la climatización de edificios permite garantizar la temperatura, limpieza, humedad y movimiento del aire necesarios, de los cuales dependen el bienestar y el rendimiento de las personas, el funcionamiento de equipos complejos, la conservación de muebles o ciertos materiales.

El proceso de diseño es bastante complejo y laborioso, por lo que debe abordarse con suma responsabilidad. Es por ello que no se debe realizar la planificación por cuenta propia, sino elegir de antemano un equipo de profesionales que cuenten con experiencia, buena reputación y autorización para realizar dichos cálculos.

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