​Tasas de ventilación variable: el reto de la difusión del aire

Desde hace ya mucho tiempo las tasas de aire de renovación son variables en función del uso y de la ocupación de los diferentes recintos, si bien en la mayoría de los casos los caudales de aire que se aportan son prefijados en función de la superficie o del número de personas consideradas en el cálculo inicial del proyecto.

En otros casos, en recintos de ocupación temporal altamente variable (salas de reuniones, cines, teatros...), el caudal de aire aportado varía en función de sondas de CO2, sensores de ocupación u otros dispositivos de medición de calidad del aire.

Como todos sabemos, la llegada de la COVID-19 ha supuesto una revolución en lo que refiere a las tasas de aire exterior. El gobierno de España en su documento “Recomendaciones de operación y mantenimiento de los sistemas de climatización y ventilación de edificios y locales para la prevención de la propagación del SARS-COV-2” recomienda un mínimo de 12,5 l/segundo y ocupante, incluso para establecimientos comerciales, valor que el Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios atribuye a IDA 2: aire de buena calidad.  

Esta recomendación modifica incrementando el caudal recomendado para la mayoría de los edificios comerciales, escuelas, bares y restaurantes, donde el RITE exigía una calidad IDA 3 (correspondiente aproximadamente a 8 l/s por persona).  

Existen muchos otros estudios y recomendaciones publicadas por entidades de prestigio como ASHRAE o REHVA, entre otras, que sugieren diferentes métodos de cálculo de las nuevas tasas de aire de ventilación, pero en todos ellos se recomienda un aumento considerable sobre los estándares anteriores.

Lo que podemos afirmar es que la llegada de la COVID ha supuesto una variación importante en los caudales de aire de ventilación. Por ello, nos debemos preguntar: ¿Cómo puede afectar la variación de estos caudales en las instalaciones HVAC? ¿Cómo vamos a dimensionar instalaciones flexibles y como podemos adaptar las actuales?

En lo que nos concierne en este artículo vamos a centrarnos en cómo puede afectar esta variabilidad de caudales en los sistemas de difusión del aire.

La difusión del aire: inducción y confort

La principal función de los productos destinados a la difusión de aire es la de introducir y extraer aire en un recinto procurando que la sensación de confort de sus ocupantes sea óptima.

En la difusión por mezcla, el aire primario inyectado (Primary Air) en la sala genera una depresión en el contorno de la vena que provoca un arrastre o succión del aire secundario de la sala (Induced Air). A este proceso de arrastre y mezcla lo denominamos inducción.

Otro factor importante a tener en cuenta en los locales con alturas inferiores a 3,5 metros es el denominado efecto techo o efecto Coanda. Este efecto físico se produce por la depresión causada entre el flujo de aire y la superficie, de manera que la vena de aire queda adherida a la citada superficie evitando caídas indeseadas hacía la zona de ocupación.

Problemática

• En las instalaciones HVAC, los caudales de aire varían para adaptarse a las demandas térmicas o de ventilación.

• Los elementos de difusión de aire convencionales pierden eficiencia al variar su caudal nominal.

• En caudales reducidos se provocan los efectos de caída de las venas de aire en frío o de estratificación en calor.

• En los caudales elevados se provocan corrientes de aire indeseadas y ruido excesivo que generan disconfort.

Antes de abordar las posibles soluciones que provocan dichos caudales variables, caídas de chorros de aire o bien turbulencia y ruido en los recintos, vamos a diferenciar dos tipos de instalaciones de ventilación por lo que se refiere a los sistemas de difusión del aire:

• Sistema de ventilación integrado en el sistema de climatización: la unidad de tratamiento dispone de un módulo de ventilación integrado. En este tipo de instalaciones, la aportación de aire exterior y el aire de recirculación para la climatización usan la misma red de conductos y el mismo sistema de difusión.

• Sistema de ventilación independiente del sistema de climatización: en este tipo de sistemas existe una UTA o recuperador, una red de conductos y un sistema de difusión del aire paralelo al sistema de climatización.

Si bien la problemática mencionada anteriormente es común a los dos sistemas de ventilación, la magnitud del problema es diferente en ambos casos.

Cuando nos encontramos con sistemas de ventilación integrado, a los factores de mayor caudal y riesgos de corrientes de aire indeseadas se debe añadir el llamado factor térmico (aire frío à pesa à cae; aire caliente à ligero à flota), acentuando los problemas de caídas de aire y de estratificación, que generan un mayor disconfort en los ocupantes por el hecho de recibir venas de aire frío o caliente.

En los sistemas de ventilación independiente, las condiciones del aire que se introducen al local son lo que podemos llamar ‘isotermas’; es decir, muy próximas a la misma temperatura de consigna del recinto. 

Este hecho limita los factores de estratificación y de caídas de aire y genera menores molestias referentes al factor térmico, pues el aire que puede impactar en los ocupantes está prácticamente a la misma temperatura.

Soluciones flexibles para instalaciones variables

¿Cómo podemos garantizar la calidad de aire interior sin afectar al confort de las personas? Necesitamos elementos de difusión de aire que sean flexibles y puedan adaptar su geometría con el fin de garantizar la estabilidad de las venas de aire y evitar los problemas mencionados anteriormente.

Existen en el mercado desde hace ya muchos años los llamados difusores de Volumen de Aire Variable (VAV), que mediante pequeños actuadores motorizados son capaces de adaptar su geometría en función del caudal de aire entrante, de manera que garantizan una velocidad de salida ‘constante’ en todo el rango de funcionamiento del difusor. 

Hasta el día de hoy estos dispositivos han sido poco usados en el ámbito europeo, siendo mucho más comunes en el mercado americano. Se trata normalmente de elementos con un tiempo de instalación y un precio elevado.

También existen en el mercado otras soluciones innovadoras que, mediante sistemas autorregulables, sectorizan los difusores para que trabaje una parte o bien todo el difusor completo, asegurando un alto grado de inducción y estabilidad de la vena de aire independientemente de las variaciones de caudal.

Una membrana o un sistema con un muelle calibrado se abre de forma automática cuando la presión en el Plenum supera un valor e introduce el aire en una segunda cámara para que se habilite la geometría interior del difusor que anteriormente estaba inactiva.

Sin duda alguna, el aumento de las tasas de ventilación y las demandas ligadas a la calidad del aire interior han venido para quedarse, lo que requerirá flexibilidad y adaptabilidad a todos los elementos de las instalaciones HVAC.

Una correcta difusión de aire, ligada a esta variabilidad, es indispensable para garantizar tanto una calidad de aire uniforme en todo el recinto como el confort de las personas.

Consejos para cálculo de instalaciones y rehabilitación de las existentes

Teniendo en cuenta todos los factores mencionados en este artículo, ¿cómo debemos dimensionar nuestras instalaciones y cómo podemos rehabilitar las existentes?

Aquí os dejamos algunos consejos:

- Cuando sea posible utilizar difusores de caudal variable.

- Cálculo de los difusores-rejillas para los caudales intermedios, dejando un margen para trabajar por encima y por debajo de ese valor nominal:

• Valor de velocidad mínima de salida: 2,5 m/s.
• Valor nominal de cálculo: 3,5 m/s.
• Valor velocidad máxima de salida: 4,5 m/s.

- Dimensionar las rejillas de retorno siguiendo el mismo patrón que los difusores de impulsión, dejando margen para aumento/disminución del caudal.

- Sustitución de difusores radiales (circulares o cuadrados) por difusores de alta inducción (tipo rotacional). Estos difusores garantizan una mayor estabilidad de la vena de aire en todo su rango de aplicación.

Artículo elaborado por CLUSTER IAQ

(Roger Guitart | Director técnico | Madel | CLUSTER IAQ)