Ventilación de impulsión y extracción: principio de funcionamiento y particularidades de instalación

En una habitación llena de aire fresco, se respira más fácilmente, se trabaja más productivamente y se duerme más profundamente. Pero abrir la ventana para ventilar cada 2-3 horas es problemático, ¿está de acuerdo? Especialmente de noche, cuando todos los miembros de la familia duermen plácidamente.

Una de las soluciones automatizadas para esta tarea es la ventilación de suministro y extracción (VSE) del espacio. Pero, ¿cómo hacerla correctamente? Le ayudaremos a estudiar el principio de funcionamiento y a comprender las particularidades de su instalación.

En nuestro artículo se analizan los componentes del sistema de suministro y extracción, las reglas para su cálculo y las normas de intercambio de aire en espacios de diferentes tipos.

Se han seleccionado esquemas de instalación de ventilación, fotos con imágenes de elementos individuales del sistema, y se han proporcionado útiles recomendaciones en video para la instalación de un sistema de ventilación en una casa particular por sí mismo.

¿Qué es la ventilación?

¿Con qué frecuencia ventilamos la habitación? La respuesta debe ser lo más honesta posible: 1 o 2 veces al día, si no olvidamos abrir la ventana. ¿Y por la noche cuántas veces? Pregunta retórica.

Según las normas sanitario-higiénicas, la masa total de aire en una habitación donde las personas están constantemente debe renovarse completamente cada 2 horas.

Por ventilación ordinaria se entiende el proceso de intercambio de masas de aire entre un espacio cerrado y el entorno. Este proceso molecular-cinético brinda la posibilidad de eliminar el exceso de calor y humedad mediante un sistema de filtración.

La ventilación también asegura que el aire del espacio cumpla con los requisitos sanitario-higiénicos, lo que impone sus propias limitaciones tecnológicas al equipo que generará este proceso.

El subsistema de ventilación es un conjunto de dispositivos y mecanismos tecnológicos para la toma, extracción, desplazamiento y limpieza del aire. Es parte de un sistema integral de comunicaciones de locales y edificios.

Recomendamos no comparar los conceptos de ventilación y aire acondicionado – categorías muy similares que tienen una serie de diferencias.

1. Idea principal. El aire acondicionado proporciona el mantenimiento de ciertos parámetros del aire en un espacio cerrado, a saber, temperatura, humedad, grado de ionización de partículas y similares. La ventilación, en cambio, realiza un reemplazo controlado de todo el volumen de aire mediante suministro y extracción.
2. Característica principal. El sistema de aire acondicionado trabaja con el aire que se encuentra en el local y la entrada de aire fresco puede estar ausente por completo. El sistema de ventilación siempre funciona en el límite entre el espacio cerrado y el entorno mediante el intercambio.
3. Medios y métodos. A diferencia de la ventilación, el aire acondicionado en su forma simplificada consiste en un esquema modular de varias unidades que procesa una pequeña parte del aire y, de esta manera, mantiene los parámetros sanitario-higiénicos del aire dentro del rango especificado.

El sistema de ventilación en el hogar puede ampliarse a cualquier escala necesaria y, en caso de una situación de emergencia en el local, proporciona un reemplazo bastante rápido de todo el volumen de masa de aire. Esto se logra mediante potentes ventiladores, calentadores, filtros y un sistema ramificado de tuberías.

Puede que le interese la información sobre la instalación de tuberías de ventilación con conductos de plástico, tratada en nuestro otro artículo.

Además de su función principal, los sistemas de ventilación pueden formar parte del interior en estilo industrial, el cual se utiliza para espacios de oficinas, comerciales y centros de entretenimiento.

Se distinguen varias clases de ventilación, que pueden dividirse según el método de generación de presión, la distribución, la arquitectura y la finalidad.

La inyección artificial de aire en el sistema se realiza mediante unidades de impulsión: ventiladores, sopladores. Al aumentar la presión en el sistema de tuberías, se puede mover la mezcla de gas y aire a grandes distancias y en un volumen significativo.

Esto es característico de instalaciones industriales, naves de producción y edificios públicos con un sistema de ventilación central.

La generación de presión de aire en el sistema puede ser de varios tipos: artificial, natural o combinada. A menudo se utiliza el método combinado.

Se consideran sistemas de ventilación locales y centrales. Los sistemas de ventilación locales son soluciones “puntuales” y específicas para determinados espacios donde se requiere un estricto cumplimiento de las normas.

La ventilación central ofrece la posibilidad de crear un intercambio de aire regular para una cantidad significativa de espacios con el mismo propósito.

Y la última clase de sistemas: de suministro, de extracción y combinados. Los sistemas de ventilación de suministro y extracción aseguran una entrada y salida simultánea de aire en el espacio. Este es el subgrupo más común de sistemas de ventilación.

Tales configuraciones permiten una fácil escalabilidad y mantenimiento para los más diversos tipos de espacios: industriales, de oficinas y residenciales.

Base física del sistema de ventilación

El sistema de ventilación de suministro y extracción constituye un complejo multifuncional de procesamiento ultrarrápido de la mezcla de gas y aire. Aunque es un sistema de transporte forzado de gas, se basa en procesos físicos perfectamente explicables.

Para crear el efecto de la convección natural de las corrientes de aire, las fuentes de calor se colocan lo más bajo posible, y los elementos de extracción en el techo o debajo de él.

La palabra misma “ventilación” está estrechamente relacionada con el concepto de convección. Esta es uno de los elementos clave en el movimiento de las masas de aire.

La convección es el fenómeno de circulación de energía térmica entre flujos de gas fríos y cálidos. Existen convección natural y forzada.

Un poco de física escolar para entender la esencia de lo que sucede. La temperatura en la habitación está determinada por la temperatura del aire. Los portadores de energía térmica son las moléculas.

El aire es una mezcla gaseosa multimolecular que consiste en nitrógeno (78%), oxígeno (21%) y otras impurezas (1%).

Al estar en un espacio cerrado (habitación), tenemos una heterogeneidad de la temperatura con respecto a la altura. Esto está relacionado con la heterogeneidad de la concentración de las moléculas.

Considerando la uniformidad de la presión del gas en un espacio cerrado (habitación), según la ecuación fundamental de la teoría cinética molecular: la presión es proporcional al producto de la concentración de las moléculas por su temperatura media.

Si la presión es igual en todas partes, entonces el producto de la concentración de moléculas por la temperatura en la parte superior de la habitación será equivalente al mismo producto de la concentración por la temperatura:

p=nkT, n_superior*T_superior=n_inferior*T_inferior, n_superior/n_inferior=T_inferior/T_superior

Cuanto más baja es la temperatura, mayor es la concentración de moléculas y, por lo tanto, mayor es la masa total del gas. Por eso se dice que el aire caliente es “más ligero” y el aire frío es “más pesado”.

La ventilación adecuada, en combinación con el efecto de convección, puede mantener en la habitación la temperatura y la humedad establecidas durante los períodos de apagado automático de la calefacción principal.

En relación con lo anterior, queda claro el principio principal de la instalación de ventilación: la entrada (suministro) de aire generalmente se coloca desde la parte inferior de la habitación, y la salida (extracción) desde la superior. Es un axioma que se debe tener en cuenta durante el diseño del sistema de ventilación.

Particularidades de la ventilación de suministro y extracción

La ventilación de suministro y extracción interactúa con dos flujos de aire diferentes en composición y propósito, que posteriormente son tratados.

En la ventilación de suministro y extracción (VSE), todo el equipo necesario y los sistemas adicionales están colocados en un solo marco, que se puede instalar dentro de la logia, en el ático, en la pared exterior de la casa, etc.

La construcción especial de la instalación ofrece amplias posibilidades para garantizar la ventilación de prácticamente cualquier cantidad de habitaciones en el edificio.

Además de la función principal de mover el aire, la ventilación de suministro y extracción incluye el siguiente conjunto de subsistemas auxiliares y funciones adicionales:

Entre los cuales se encuentran los siguientes:

• enfriamiento y calentamiento del aire;
• ionización y humidificación de las partículas;
• desinfección y filtración del aire.

Consideremos un ciclo de trabajo típico de un sistema de ventilación de suministro y extracción, que se basa en un modelo de transporte de dos circuitos.

En la primera etapa, se produce la toma de aire frío del ambiente y la extracción de aire caliente de la habitación. Por ambos lados, el aire pasa por un sistema de limpieza.

Luego, el aire frío se transfiere al calentador (calefactor) — típico de los sistemas de ventilación con recuperación de calor. Además, el calor se transfiere al gas frío desde el aire de extracción caliente — típico de los sistemas convencionales.

Después del calentamiento y el intercambio de calor, el aire extraído se evacúa a través del conducto externo, y el aire fresco calentado se suministra a la habitación.

La disposición popular del módulo de ventilación incluye una cámara de intercambio de calor (recuperador), en la que se produce el intercambio de energía térmica entre los flujos de aire opuestos. En cualquier caso, cada flujo pasa a través de un sistema de filtración doble.

Los principios principales del funcionamiento de la ventilación de suministro y extracción son la eficiencia y el ahorro.

El esquema clásico de la ventilación de suministro y extracción tiene las siguientes ventajas:

• alto grado de purificación del flujo de entrada
• explotación y mantenimiento accesibles de los elementos desmontables
• integridad y modularidad de la construcción.

Para ampliar la funcionalidad, las unidades de ventilación de suministro y extracción se equipan con bloques auxiliares de control y monitoreo, sistemas de filtrado, sensores, temporizadores automáticos, silenciadores, indicadores de sobrecarga del motor, bloques recuperativos, bandejas de condensado, etc.

Parámetros dinámicos de la ventilación

El diseño del sistema de ventilación conlleva bastantes cuestiones, ya que en caso de un cálculo erróneo de las características, se puede obtener un “monstruo” derrochador de recursos energéticos a partir de un complejo de ventilación bastante económico.

Lo que afecta directamente los costos financieros de su mantenimiento. Como resultado, la idea misma de una operación económica del equipo no se considera.

La carga principal del sistema de ventilación recae en el ventilador. El rendimiento del ventilador depende de la forma del impulsor (rueda con aspas), la calidad de los materiales y el ensamblaje del equipo.

Para diseñar correctamente la ventilación de suministro y extracción, se recomienda realizar cálculos algebraicos del rendimiento de la unidad y los parámetros dinámicos de los flujos de aire.

Existen varios métodos y algoritmos de cálculo diversos, pero se presentará a nuestra atención una de las opciones más simples y fiables.

Todo lo relacionado con procesos secundarios de humidificación, ionización adicional y limpieza secundaria no se puede tener en cuenta en esta etapa.

Normas de instalación

No es razonable presentar una lista completa de las normas y reglamentos sanitarios (SNiP) que se aplican a los diferentes sistemas de ventilación, ya que el material daría para un par de libros, pero es necesario conocer las constantes de referencia para locales residenciales y de oficinas.

En cuanto a los locales de oficinas, al construir el sistema de ventilación, la atención principal se centra en aquellos espacios donde estará el personal de la oficina.

A continuación, todos los estándares se indican por persona. En un edificio de oficinas clásico, en un mismo piso se encuentra un conjunto completo de locales de diversa funcionalidad.

Por ejemplo, en un despacho, en una hora se debe renovar 60 metros cúbicos de aire; en salas de operaciones, 30-40 m³; en el baño, 70 m³; en la sala de fumadores, más de 100 m³; en pasillos y vestíbulos, 10 m³.

Según las normas sanitarias generales para locales residenciales, en una hora se produce un intercambio completo de masa de aire de 30 m³ por persona — cálculo basado en el número de residentes.

Existe otro enfoque para calcular el volumen de aire: por superficie. Por cada metro cuadrado de espacio habitable corresponden 3 m³.

Por separado, cabe mencionar la ventilación de instalaciones industriales y hangares de almacén: 20 m³ por unidad de superficie. En locales tan grandes, los sistemas de ventilación se construyen sobre la base de un sistema multicomponente de ventiladores gemelos (4, 8, 16 o más unidades en el bastidor).

Para el resto de locales auxiliares existen parámetros normativos predeterminados. Así, una cocina con cocina eléctrica: más de 60 m³; con cocina de gas: más de 80 m³; un baño: al menos 25 m³, etc.

Además, hay que recordar que en las habitaciones residenciales la velocidad de las corrientes de aire no supera los 2 m/s, y en la cocina y el baño la velocidad debe ser de 4 a 6 m/s.

Fórmulas y explicaciones correspondientes

Pasamos directamente a las características y fórmulas. Los cálculos se realizan en varias etapas, en cada una de las cuales calculamos una de las características del sistema de ventilación.

Volumen de aire de trabajo

Consideremos el cálculo del volumen de aire de trabajo (m³/h).

Para la oficina, recomendamos hacer el cálculo según el número de personas:

V=35*N,

Donde N es el número de personas que se encuentran simultáneamente en el local.

Para apartamentos y casas particulares, es necesario realizar el cálculo en relación con el volumen del espacio habitable:

V=2*S*H,

Donde: 2 es el coeficiente de tasa de intercambio de aire por unidad de tiempo (por 1 hora); S es la superficie habitable; H es la altura de los locales.

Cálculo de la sección del conducto de aire

La sección del conducto de ventilación se calcula en cm². Los conductos principales pueden ser de dos tipos en sección: redondos y rectangulares.

El área de la sección del tubo se calcula según la relación:

S_sechen=V*2,8/ω,

Donde: S_sechen — área de la sección; V — volumen de aire (m³/h); 2,8 — coeficiente de ajuste dimensional; ω — velocidad del flujo en el conducto principal (m/s).

La velocidad del flujo de aire que pasa por el conducto principal suele ser equivalente a 2-3 m/s.

Calculando el área de la sección del conducto se puede determinar el diámetro para un conducto redondo o el ancho/alto para uno rectangular. Conociendo el ancho podemos encontrar el alto de la sección y viceversa. El diámetro de la sección redonda será igual a √4*S_sechen/pi

Cantidad y tamaño de los difusores

A continuación, veamos cómo calcular la cantidad y el tamaño de los difusores. Las dimensiones del difusor suelen seleccionarse de 1,5 a 2 veces mayores que el área de la sección del conducto principal.

Con la cantidad de difusores es un poco más complicado, se calculan mediante la fórmula:

N=V/(2820*ω*d²),

Donde: N – la cantidad de difusores buscada; V – caudal de aire (m³/h); ω – velocidad del flujo de aire (m/s); d – diámetro del difusor (m), si es redondo.

Si el difusor es de sección rectangular, entonces:

N=π*V/(2820*ω*4*a*b),

Donde: π — número Pi, a y b — dimensiones de la sección.

Parámetros de rendimiento de la unidad

Se conocen dos características más importantes del bloque de ventilación: la potencia y el nivel de presión generada. La potencia de la estación de ventilación se calcula así:

P=ΔT*V*Cv/1000,

Donde: ΔT — delta de temperatura del aire en entrada/salida (°C); V — caudal de aire (m³/h); Cv — capacidad calorífica del aire (0,336 W·h/m³·°C).

La presión generada se determina a partir de la curva característica de rendimiento del ventilador principal.

Este parámetro debe ser equivalente a la resistencia aerodinámica de la red de aire. Los fabricantes de ventiladores proporcionan la curva gráfica en la ficha técnica del producto.

Además, es importante tener una idea general del calentador del flujo de aire de entrada: el calentador de aire. Es una parte independiente del sistema de ventilación donde se produce el calentamiento del aire. Al pasar, por ejemplo, a través de un radiador térmico, el aire se calienta.

Al calentador de aire en el que el calentamiento se produce a través de un radiador y el intercambio de energía térmica con el flujo de extracción se le denomina recuperador. Existen recuperadores de una y varias secciones, que permiten mezclar flujos de aire con una gran diferencia en sus temperaturas de entrada.

Para concluir, cabe mencionar el voltaje de la red de alimentación del bloque de ventilación. Se recomienda utilizar una red de voltaje de 380 V, que garantizará un funcionamiento fiable de la unidad de cualquier potencia.

Especificidad de la instalación de ventilación mecánica

Con el montaje de una unidad de ventilación de tipo suministro, el maestro de obras doméstico, sin duda, podría encargarse de la tarea sin la participación de trabajadores.

Sin embargo, es importante recordar que los trabajos se realizan a una altura peligrosa para un ejecutor inexperto. Por lo tanto, es mejor contar con quienes poseen experiencia, herramientas y dispositivos de seguridad para llevar a cabo las siguientes etapas:

Al finalizar las manipulaciones, ciertamente no simples, del montaje de la unidad de suministro, solo resta conectarla a las instalaciones.

Observe este proceso con más detalle mediante la siguiente selección de fotografías.

La información sobre la secuencia de montaje de las unidades de ventilación forzada ayudará a evitar muchos errores graves cometidos por instaladores inexpertos.

Particularidades de la construcción de la ventilación natural de suministro y extracción

Al desarrollar una ventilación natural de suministro y extracción de calidad, la mayoría de los especialistas siguen una especie de “reglamento” de los trabajos de diseño e instalación.

Estas reglas ayudan a crear soluciones verdaderamente eficientes y económicas incluso para las disposiciones más atípicas de habitaciones y cuartos de servicio en una casa particular y en un apartamento de varias habitaciones en un edificio de varios pisos.

Durante el diseño de la ventilación, se debe intentar crear un flujo de aire natural desde las habitaciones a través de los pasillos hasta el baño y la cocina.

En este caso, los pasillos actúan como espacios de flujo. Por lo tanto, el bloque principal de ventilación del sistema debe ubicarse en el centro de la casa, en la parte superior de los pasillos o cuartos de servicio.

Por ejemplo, el módulo de ventilación para una casa particular de 2 plantas se puede ubicar en la primera planta, en la parte superior de un cuarto de servicio o del pasillo principal. Para una casa de 1 planta, como opción, en la parte inferior del ático.

Al tender la tubería principal, hay que recordar que el aire de suministro debe ir a las habitaciones, y el aire extraído debe salir a través de las cocinas y cuartos de servicio.

Por lo tanto, los difusores de suministro se colocan en el límite condicional “habitación-entorno”, y las campanas extractoras en la cocina, el baño, el cuarto de servicio y el inodoro.

El difusor combina dos funciones: distribución uniforme del aire fresco y extracción del aire ya usado. Vienen en muy diversas formas. Se fabrican de chapa metálica fina y plástico.

Existen observaciones sobre la altura de la ubicación de las aberturas de aire de entrada y salida. La salida del sistema de ventilación se coloca necesariamente por encima del nivel del techo del edificio.

Esto protegerá a la PVV de la captación secundaria del aire recién expulsado a través de las aberturas de extracción.

La toma de aire fresco debe realizarse a una altura no inferior a 2 metros desde la superficie del suelo.

Porque las pequeñas partículas abrasivas y el polvo pueden ser levantados por las corrientes de viento a una altura de más de 1 metro y entrar en los difusores de suministro, obstruyendo rápidamente los filtros de limpieza primaria.

Conclusiones y video útil sobre el tema

En el video se explican y demuestran las características del diseño e instalación de la PVV en una casa particular:

Otro ejemplo ilustrativo de una solución completa para la ventilación de una casa particular de madera de 1 planta:

Resumiendo la información anterior, cabe destacar que la ventilación de suministro y extracción es un sistema sencillo de diseñar, asequible de adquirir e instalar.

La ventilación, junto con el sistema de calefacción, permite equilibrar el aire fresco y cálido en el interior.

¿Ha trabajado en la instalación de ventilación en su casa de campo? ¿O conoce secretos de diseño e instalación de sistemas de ventilación en un apartamento? Por favor, comparta su experiencia – deje sus comentarios en este artículo.