Unidades de ventilación de suministro y extracción: revisión comparativa de diferentes tipos de equipos

El sistema natural de circulación de aire suele fallar: su rendimiento depende de factores naturales y del uso de ventanas de doble acristalamiento herméticas. La ventilación forzada carece de estos inconvenientes.

Para normalizar el intercambio de aire se utiliza una unidad de suministro y extracción: una solución práctica y eficaz. La variedad de equipos climáticos permite elegir un modelo para condiciones operativas específicas. Sin embargo, decidir el dispositivo adecuado a veces es problemático, ¿está de acuerdo?

Le ayudaremos a resolver esta cuestión. El artículo presenta información sobre los principios de funcionamiento y características operativas de diferentes tipos de unidades de suministro y extracción. Para facilitar la elección, hemos señalado las principales características y parámetros de los dispositivos que deben tenerse en cuenta al realizar la compra.

Componentes de la ventilación forzada

El módulo de suministro y extracción es el componente principal de un sistema de ventilación forzada. La unidad asegura una circulación de aire normada en un espacio cerrado: suministro de flujos limpios y extracción de masas viciadas.

El módulo de ventilación representa un conjunto de equipos encerrados en una sola carcasa (unidad monobloque) o ensamblados a partir de elementos modulares.

Esquema del sistema de ventilación forzada: 1 – módulo de suministro y extracción (PVU), 2 – conductos de aire, rejillas de toma de aire, adaptadores, 3 – difusores de aire, 4 – unidad de control (+)

La construcción de la unidad de suministro y extracción incluye obligatoriamente los siguientes elementos:

1. Ventilador. Componente básico para el funcionamiento de un sistema artificial de intercambio de aire. En las unidades PVU con una red extensa de conductos se instalan ventiladores radiales que mantienen una alta presión de aire. En las unidades PVU portátiles es admisible el uso de modelos axiales.
2. Válvula de aire. Se instala detrás de la rejilla exterior y evita la entrada de aire del exterior cuando el sistema está apagado. En su ausencia, en invierno se filtrarán corrientes frías al interior.
3. Conducto principal de aire. En el sistema se utilizan dos líneas de conductos: una para suministro y otra para extracción de aire. Ambas redes pasan a través de la PVU. Al primer conducto se conecta un ventilador de suministro, y al segundo, respectivamente, un ventilador de extracción.
4. Automática. El funcionamiento de la unidad se regula mediante un sistema de automática integrado que responde a las lecturas de los sensores y a los parámetros configurados por el usuario.
5. Filtros. Para la limpieza de las masas entrantes se utiliza una filtración compleja. A la entrada del conducto de impulsión se coloca un filtro de limpieza gruesa, cuya función es retener pelusa, insectos y partículas de polvo.

La función principal de la limpieza primaria es proteger los componentes internos del sistema. Para una filtración más «fina», antes de los difusores de aire se instalan barreras fotocatalíticas, de carbón u otro tipo.

Disposición de la unidad de ventilación con recuperación (UVR) en el ejemplo del modelo Vents VUT con recuperación y calentador. En el diseño se ha previsto un bypass para proteger el intercambiador de calor en invierno (+)

Algunos sistemas se equipan con funcionalidades adicionales: refrigeración, aire acondicionado, humidificación, sistema de limpieza de múltiples etapas e ionización del aire.

Principio de funcionamiento del sistema de suministro y extracción

El ciclo de trabajo de la unidad de ventilación con recuperación se basa en un esquema de transporte de dos circuitos.

Todo el proceso de ventilación se puede dividir en varias etapas:

1. Captación de aire del exterior, su limpieza y suministro a los difusores a través del conducto.
2. Entrada de masas contaminadas al conducto de extracción y su posterior transporte a la rejilla de salida.
3. Expulsión de las corrientes de aire viciado al exterior.

El esquema de circulación puede complementarse con etapas de transferencia de energía térmica entre los dos flujos, calentamiento adicional del aire entrante, etc.

Funcionamiento de la UVR. Leyendas en la figura: 1 – módulo de impulsión-extracción, 2 – suministro de aire fresco, 3 – captación de aire viciado, 4 – expulsión de masas de aire usado al exterior (+)

El funcionamiento del sistema forzado proporciona una serie de ventajas en comparación con el intercambio de aire natural:

• mantenimiento de los parámetros establecidos – los sensores reaccionan a los cambios en la atmósfera y ajustan el modo de funcionamiento de la UVR;
• filtración del flujo entrante y la posibilidad de tratarlo – calentamiento, enfriamiento, humidificación;
• ahorro en gastos de calefacción – relevante para equipos con recuperación de calor.

Las desventajas del uso de la unidad de ventilación incluyen: el alto costo del sistema de ventilación, la complejidad de la instalación después de finalizar los trabajos de reparación y construcción, y el efecto del ruido. En las unidades monobloque, este último inconveniente se elimina gracias al uso de un cuerpo aislado acústicamente.

Tipos de unidades: características de diseño y operación

El costo, el rendimiento y el consumo de energía dependen de las capacidades funcionales de la unidad de ventilación. La variedad de modelos se divide condicionalmente en los siguientes grupos: unidades con recuperación, unidades con calefacción y aire acondicionado. Una categoría separada son los aparatos «móviles».

Módulo de suministro y extracción con recuperador

El sistema de ventilación forzada, además de las ventajas descritas anteriormente, tiene un inconveniente significativo: un aumento considerable de las pérdidas de calor. Junto con el aire de escape, también se «escapa» el calor generado por el sistema de calefacción.

Los costos representan aproximadamente el 60%. La solución al problema es la transferencia de energía del flujo de aire de extracción al de suministro.

La recuperación parcial de calor se realiza en el recuperador, un módulo con un intercambiador de calor y un ventilador para mover flujos en direcciones opuestas. El intercambio de energía ocurre a través de las paredes del intercambiador de calor; las corrientes de aire no se mezclan (+).

Hoy en día, la mayoría de las unidades de suministro y extracción se fabrican con recuperadores. A pesar del costo del equipo, la conveniencia de un sistema de recuperación está económicamente justificada.

Valores de eficiencia del «intercambiador de calor»:

• 30-60% – nivel bajo de recuperación de calor;
• 60-80% – buen indicador de eficiencia;
• más del 80% – intercambio de calor de alta calidad.

Es interesante que incluso la presencia de un recuperador con una eficiencia del 30% es económicamente más ventajosa que una unidad de ventilación básica sin intercambiador de calor. El período de recuperación promedio de una unidad de ventilación con recuperación es de hasta 5 años.

La eficiencia de la unidad de ventilación, el diagrama de flujo de aire, el consumo de electricidad y el precio del módulo dependen del diseño del recuperador.

Se distinguen varios tipos de intercambiadores de calor:

• rotativo;
• de placas;
• tubos de calor;
• módulo de cámara;
• unidad de glicol.

Las primeras dos modelos han ganado amplia difusión.

Recuperador rotativo

En el cuerpo de la unidad de ventilación se encuentra un intercambiador de calor cilíndrico giratorio con placas de metal corrugado. Durante el funcionamiento, los compartimentos se llenan alternativamente con flujos de aire en direcciones opuestas.

La zona con «aire de escape» se calienta, después de girar el tambor, el calor se transfiere a las masas frías recién entrantes, recogidas en el canal adyacente.

La recuperación de calor es del 60-90%.

Ventajas adicionales:

• recuperación parcial de humedad;
• consumo económico de electricidad.

La velocidad de rotación del tambor se puede ajustar, seleccionando así la intensidad del intercambio de aire y el nivel de eficiencia.

Argumentos en contra de la modificación de tambor:

• mezcla de «aire de escape» con el flujo fresco – 3-8%;
• transferencia parcial de olores de regreso al local;
• presión acústica del rotor giratorio;
• necesidad de mantenimiento regular de los elementos móviles;
• grandes dimensiones.

Debido a la complejidad del mecanismo, las unidades de ventilación con recuperador rotatorio son más caras que las modificaciones de placas.

Intercambiador de calor de placas

Los conductos de aire se «encuentran» en un bloque hermético con múltiples canales. Los compartimentos están separados por tabiques termoconductores.

Los caminos formados se colocan en dirección cruzada – en la zona de turbulencia, la eficiencia del intercambio de calor aumenta. Se produce un enfriamiento/calentamiento simultáneo de los tabiques del cassette del recuperador desde ambos lados.

Argumentos a favor:

• suministro de aire limpio sin mezcla de «aire de extracción»;
• coste accesible;
• simplicidad de ajuste y fiabilidad del módulo – no hay elementos móviles.

El rendimiento del intercambiador de placas es de hasta el 70%. La principal desventaja es la formación de condensación y la aparición de hielo en el canal de extracción en invierno. El funcionamiento en modo «descongelación» (redirección del flujo cálido evitando el cassette) reduce el rendimiento del sistema en un 20%.

Actualmente, en el mercado hay muchas unidades de ventilación con recuperación de calor de varios fabricantes. Poseyendo un conjunto similar de características, difieren en precio, calidad, área de servicio y muchos otros criterios.

Por ello, recomendamos echar un vistazo a la unidad de ventilación con recuperador de placas y automática integrada de Naveka, que en los últimos tiempos se ha acreditado excelentemente en el mercado debido a su fiabilidad y funcionamiento bastante silencioso. El control integrado mediante mando a distancia, la monitorización en una pantalla LCD externa, la programación del horario de trabajo y muchas otras funciones ya están incorporadas en este equipo.

Un “representante” típico de una unidad de ventilación con recuperador de placas es la Naveka Node1 500AC. Un modelo compacto, con un espesor de panel de 25 mm, relleno de lana mineral no combustible. Una de las numerosas ventajas de esta solución es el mando a distancia con pantalla LCD, con el cual se puede controlar muy cómodamente el funcionamiento de todo el sistema.

Entre otras marcas, recomendamos prestar atención a los sistemas con recuperación de Mitsubishi, Maico y VENTO.

Unidades de ahorro de energía con calefacción

Una sola recuperación a menudo no es suficiente para compensar completamente la diferencia de temperatura de los flujos opuestos. Esta función la asume un calentador incorporado. Además, el elemento protege el intercambiador de calor de la congelación.

En las unidades de ventilación se utilizan dos tipos de calentadores: de agua y eléctricos. Examinemos cada uno con más detalle.

Calentamiento de agua

En el cuerpo de la unidad de ventilación forzada se encuentra un radiador con tubos por los que circula el refrigerante. La serpentina tiene aletas para aumentar la superficie de contacto con las corrientes de aire que pasan.

Ejemplo de una unidad de ventilación con recuperación de calor y calefacción (Vents VUT 1000 VG): 1 – radiador de agua, 2 – recuperador, 3 y 4 – ventiladores de suministro y extracción respectivamente (+)

El elemento calefactor líquido se activa si el aire de suministro a la salida del recuperador es más frío que la temperatura establecida.

Calefactor eléctrico

Las unidades con calefactor eléctrico pueden calentar el aire de suministro a temperaturas más altas que las modificaciones «de agua».

Sin embargo, el calefactor eléctrico es más exigente con las condiciones de funcionamiento:

• velocidad del flujo de aire – 2 m/s o más;
• temperatura del aire de suministro entre 0-30°C, humedad – hasta el 80%;
• se recomienda instalar un filtro adicional antes del elemento calefactor.

En comparación con la calefacción por agua, el módulo eléctrico es más caro en términos de funcionamiento: aumentan los pagos por electricidad.

El control del calefactor se realiza desde la unidad de control central. Es obligatorio disponer de un temporizador de funcionamiento y de la opción de apagado del aparato en caso de sobrecalentamiento (+)

Sistemas con aire acondicionado

Algunos modelos combinan opciones de ventilación forzada y aire acondicionado. Todos los elementos están reunidos en un único conjunto termoaislante. Un claro ejemplo de equipos multifuncionales es la serie de unidades «Clima».

Construcción de la unidad climática: 1 – filtros, 2 – ventiladores de doble dirección, 3 – compresor del circuito de freón, 4 – calefactor eléctrico, 5 – calefactor de agua, 6 – intercambiadores de calor, 7 – automatización, 8 – carcasa (+)

En el esquema hay una bomba de calor reversible – un circuito de freón sellado y cargado, conectado a los intercambiadores de calor en el conducto de extracción y de suministro.

El funcionamiento de la unidad de ventilación con aire acondicionado se produce en dos modos:

1. Enfriamiento. El intercambiador de calor en el conducto de suministro actúa como evaporador y reduce la temperatura del aire entrante. A su vez, el intercambiador de calor-condensador se enfría con el aire fresco que sale de la habitación.
2. Calefacción. El recuperador del conducto de extracción cede el calor del aire de salida a las masas de aire fresco. A la salida de la unidad, antes de suministrar al interior, es posible un calentamiento adicional del aire.

El modo de funcionamiento se ajusta automáticamente gracias a reguladores y sensores que leen los parámetros atmosféricos.

Unidad portátil sin conductos

Una solución interesante para espacios cerrados: unidades de ventilación móviles de suministro con capacidad de purificación, calefacción y enfriamiento del aire.

Características distintivas de los módulos portátiles:

• ausencia de conductos de aire voluminosos;
• instalación dentro del espacio ventilado;
• dimensiones compactas y posibilidad de instalación en 2-3 horas;
• multifuncionalidad: entrada, tratamiento y salida de masas de aire;
• bajo nivel de ruido – dentro de 35 dB;
• ausencia de corrientes de aire.

Para la instalación de ventilación descentralizada, se requiere el montaje de una unidad portátil de ventilación en cada habitación individual.

Esquema de la UPV móvil: 1,3 – silenciador, 2 – compartimento de recuperación y ventilación, 4 – calentador eléctrico, 5 – filtro de carbón, 6 – elemento filtrante de alta eficiencia, 7 – filtro previo, 8 – compuerta de lamas, 9 – accionamiento eléctrico (+)

Las unidades de ventilación sin conductos se utilizan principalmente en edificios públicos (salas de conferencias, gimnasios, aulas, etc.).

La clasificación del equipo climático móvil se proporciona en este artículo.

Variedades según el método de instalación

Son posibles tres opciones de instalación del módulo de ventilación:

• de suelo;
• de pared;
• suspendido.

La instalación en suelo es característica de unidades de ventilación de alto rendimiento y voluminosas con un caudal de aire desde 8000 m³/h. A pesar de contar con aislamiento de vibraciones en las secciones de ventilación, para la instalación de módulos de gran volumen se requiere una base sólida.

Los modelos de pared se caracterizan por una baja capacidad – hasta 1500 m³/h y dimensiones compactas. La instalación se realiza mediante fijación con anclajes a la pared, conexión de conductos de aire por la parte superior. El equipo puede ubicarse en una sala técnica (balcón, baño, vestidor).

Los módulos de fijación suspendida o colgante son los más populares. Por lo general, el equipo tiene un diseño de conductos y está destinado a la instalación bajo el techo.

La principal ventaja de los modelos colgantes es la instalación oculta. Sin embargo, para instalar el equipo en una habitación ya en uso, se deberá utilizar parcialmente la altura del techo.

Parámetros principales para la selección de la unidad de ventilación

El acondicionamiento y la instalación de sistemas de ventilación requieren inversiones de capital y considerables costos de mano de obra. Por lo tanto, el enfoque para elegir el "corazón" del sistema de ventilación se basa en cálculos precisos y el análisis de una serie de parámetros.

Evaluación y cálculo de las características técnicas

En primer lugar, se deben determinar los valores adecuados de capacidad y presión estática.

Capacidad

El cálculo de la instalación se basa en las normas de intercambio de aire según SNiP, el propósito de la habitación, el área de servicio y el número de ocupantes.

Es necesario realizar dos cálculos (según el número de personas y la tasa de intercambio de aire), comparar los indicadores y elegir el valor mayor.

Normas de caudal de aire por persona: valor típico – 60 m³/h, en reposo – 30 m³/h. Tasa de intercambio de aire reglamentada: 1-2 para edificios residenciales, 2-3 para oficinas, centros comerciales.

Ejemplo de determinación del rendimiento (L) para una vivienda según las condiciones dadas:

• número de miembros de la familia – 3 personas;
• superficie de la vivienda – 70 m²;
• altura de los techos – 3 m.

Fórmula 1. Cálculo según el número de residentes:

L=N*norm,

donde:

• N – número de habitantes;
• norm – caudal de aire (no menos de 40 m³/h).

L=3*40=120 m³/h.

Fórmula 2. Cálculo según la tasa de renovación de aire:

L=S*H*n,

donde:

• S – superficie;
• H – altura;
• n – índice normativo de renovación de aire.

L=70*3*1,5=315 m³/h.

Conclusión: para garantizar una circulación de aire suficiente, se requiere una instalación con un rendimiento no inferior a 315 m³/h.

Valores típicos de las unidades de ventilación:

• 100-500 m³/h – apartamentos y habitaciones individuales;
• 500-2000 m³/h – viviendas particulares, chalets;
• 1000-10000 m³/h – edificios industriales, talleres, oficinas.

Presión estática

Este valor muestra la presión generada por el ventilador para vencer la resistencia en el recorrido de la circulación del aire. El cálculo preciso de la presión estática requiere tener en cuenta la resistencia de todos los elementos de la red.

El cálculo «manual» sin la experiencia adecuada es difícil de realizar. Los especialistas utilizan un paquete de software como MagiCad.

Valores promedio de presión a una velocidad del flujo de aire de 3-4 m/s: apartamentos de 50-150 m² – 75-100 Pa, chalets de 150-350 m² – 100-150 Pa

Los datos proporcionados son válidos específicamente para unidades de ventilación modulares, no para sistemas modulares compuestos, donde se debe considerar la caída de presión en la válvula de aire, el calentador, el filtro y otros componentes.

Además de los parámetros indicados, se deben evaluar:

1. Eficiencia energética. Para cada uno de los posibles modelos, se deben calcular los costos de electricidad durante 1 año teniendo en cuenta el modo de funcionamiento en invierno y verano. La clase de consumo energético indica la relación entre la energía consumida y la cantidad de calor producido.
2. Rendimiento del recuperador. Se deben comparar los valores de rendimiento en diferentes modos de funcionamiento de la UV. Un alto índice de eficiencia se encuentra en los intercambiadores de calor con doble cassette de placas y zona intermedia: el rendimiento alcanza el 70-90%.
3. Potencia del calentador. El valor típico para unidades de ventilación domésticas es de 3-5 kW.

Es mejor optar por modelos con la posibilidad de reducir automáticamente la velocidad del ventilador para ajustar la carga en la red.

Nivel de ruido y grado de filtración

La potencia acústica indica qué tan «ruidoso» será el funcionamiento de la unidad montada.

El efecto sonoro está determinado por dos magnitudes:

• LwA – nivel de potencia acústica;
• LpA – nivel de presión sonora.

La evaluación del «ruido» real debe realizarse según el primer indicador. Diferentes fabricantes pueden medir la potencia acústica mediante diferentes métodos, por lo que los mismos valores a veces dan un resultado diferente en la práctica.

Un método eficaz para evaluar el 'sonido' del equipo es probarlo en una sala de demostración. El valor permitido de ruido en una vivienda es de 25-45 dB.

La calidad del aire entrante depende de el sistema de purificación utilizado.

Posibles etapas de filtración:

• barrera contra el polvo grueso de la calle, el pelo y la pelusa – limpieza gruesa con filtros G4, G3 con una eficiencia del 90%;
• protección contra el polvo fino de 1 micra – clase de filtración F7-F9;
• limpieza absoluta, que proporciona una barrera contra partículas de 0,3 micras – filtros HEPA (H10-H14), eficiencia – 99,5%.

Para viviendas, las dos primeras etapas de limpieza son suficientes. La filtración de alta eficiencia se utiliza en centros médicos, instalaciones para la fabricación de medicamentos, alimentos y electrónica.

Facilidad de operación: funcionalidad necesaria

Las unidades de ventilación de recuperación de calor (URC) domésticas están equipadas con un sistema de automatización integrado, un mando a distancia y una pantalla LCD que muestra todos los parámetros de intercambio de aire. Además de las opciones básicas (ajuste de velocidad del ventilador, temperatura), se valora la presencia de funciones prácticas.

Temporizador. El control por escenarios permite optimizar el modo de funcionamiento para una hora específica del día o día de la semana.

Para un ajuste preciso, es recomendable elegir dispositivos con ventilador de 5 o más velocidades, así como con reloj en tiempo real que no se reinicie al cortarse la alimentación.

Reinicio. Posibilidad de encendido automático y conservación de los parámetros configurados en caso de fallo del suministro eléctrico.

Indicador de suciedad del filtro. Una opción práctica: aviso de sustitución del elemento filtrante. Los modelos de alta tecnología están equipados con sensores de cambio de presión en la entrada del filtro de aire: cuando se ensucia, la diferencia de presión aumenta.

Autodiagnóstico. Cualquier equipo se estropea con el tiempo. Es útil que la automatización 'avise' sobre un fallo que ha ocurrido, ya que esto ayuda a identificar y solucionar el problema a tiempo.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Sistema de ventilación de bajo consumo con recuperación de calor de tipo suspendido Daikin VAM/800FB:

Dispositivo, características y técnica de instalación del módulo portátil de suministro y extracción Vents Micro 60/A3:

URC 400 de Ventrum con calentador eléctrico y recuperador rotativo:

La instalación de ventilación mediante un módulo de suministro y extracción se utiliza en espacios de diferentes usos y tamaños.

Garantizar un intercambio de aire de calidad depende de un cálculo y una selección adecuados del equipo de climatización. Si tiene dudas sobre sus propias capacidades, para determinar los parámetros y desarrollar el proyecto es mejor consultar a profesionales.

¿Tiene algo que añadir o tiene preguntas sobre la selección de una unidad de suministro y extracción? Puede dejar comentarios en la publicación y participar en la discusión del material – el formulario de contacto se encuentra en el bloque inferior.