Los sistemas HVAC son las cargas que más energía consumen en edificios residenciales y comerciales. Por esta razón, las medidas de eficiencia energética dirigidas a HVAC pueden lograr importantes ahorros. Sin embargo, las actualizaciones de HVAC para ahorrar energía no deberían afectar la calidad ambiental interior, o pueden causar molestias y problemas de salud. En los entornos empresariales, esto también tiene un impacto negativo en la productividad.
La inteligencia artificial tiene aplicaciones prometedoras en HVAC, ya que puede mejorar la eficiencia energética y la calidad ambiental interior. La IA puede optimizar variables como el flujo de aire, la temperatura y la humedad, conservando la calidad del aire con el menor consumo de energía posible.
Haga que su sistema HVAC sea más inteligente y eficiente.
Control HVAC: un desafío técnico
Controlar eficazmente un sistema HVAC es difícil porque las condiciones del edificio siempre cambian. Considere los siguientes aspectos:
- La temperatura exterior siempre cambia y afecta la calefacción o refrigeración necesaria para mantener una temperatura interior adecuada.
- La gente entra y sale de los edificios todo el tiempo, y esto afecta las necesidades de ventilación y control de temperatura.
- Las actividades realizadas en interiores también afectan las necesidades de HVAC. Por ejemplo, una cocina comercial necesita más ventilación y refrigeración que una oficina del mismo tamaño.
Las necesidades de ventilación, calefacción y refrigeración de un edificio siempre están cambiando. Sólo un sistema de control inteligente puede procesar todos estos datos en tiempo real y ajustar el sistema HVAC en consecuencia. Un sistema HVAC con controles manuales no puede lograr el máximo rendimiento debido a las diferentes condiciones de trabajo.
Controles inteligentes para sistemas de ventilación
Las unidades de tratamiento de aire consumen menos energía que los aires acondicionados y los calefactores. Sin embargo, el flujo de aire exterior suministrado a un edificio afecta las necesidades de calefacción y refrigeración.
- Por ejemplo, si un sistema de ventilación aumenta el flujo de aire durante el invierno, se necesita más calor para obtener un mayor volumen de aire exterior frío.
- Lo mismo se aplica al aire acondicionado cuando el sistema de ventilación aumenta el flujo de aire durante el verano.
Muchos edificios tienen sistemas de ventilación que funcionan con un flujo de aire máximo en todo momento. Esto representa un enorme desperdicio de energía, por las razones descritas anteriormente. Cuando los controles de ventilación tienen IA, pueden determinar el flujo de aire ideal que requiere el edificio. El sistema también puede rastrear la cantidad de ocupantes del edificio y la concentración de contaminantes clave del aire, como COV y partículas.
La sobreventilación representa un desperdicio de energía, mientras que la falta de ventilación es perjudicial para la calidad del aire interior. El control de la ventilación con IA ayuda a prevenir ambos. Sólo hay un requisito importante: el sistema de ventilación nunca debe reducir el flujo de aire por debajo del valor mínimo requerido por los códigos de construcción locales.
Optimización de la calefacción y el aire acondicionado de espacios
Ahora existen hornos, calderas, enfriadores, minisplits y otros equipos HVAC con inteligencia artificial incorporada. Como resultado, se pueden esperar grandes ahorros de energía simplemente modernizando los equipos antiguos. Sin embargo, es posible mejorar el rendimiento cuando se utilizan controles inteligentes para todo el sistema HVAC.
Así como los controles de ventilación deben equilibrar el consumo de energía y la calidad del aire, los controles de calefacción y refrigeración deben equilibrar el consumo de energía y el confort humano. Según un estudio del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), la productividad humana alcanza su punto máximo entre 21°C y 22°C.
- A medida que la temperatura aumenta o disminuye, comienza a causar molestias.
- Cuando la temperatura se vuelve más extrema, se vuelve insalubre y, eventualmente, pone en peligro la vida.
Es poco probable que se produzcan temperaturas extremas en el interior de los edificios, incluso con una mala instalación de HVAC. Sin embargo, la calidad ambiental interior (IEQ) empeora gradualmente a medida que la temperatura se desvía del rango ideal.
Cómo la IA puede lograr sinergia con las medidas de eficiencia energética
Las medidas de eficiencia energética pueden volverse más efectivas cuando se agrega IA a la combinación, logrando mayores ahorros. Dos ejemplos de mejoras de HVAC que funcionan mejor con la IA son los economizadores en la zona de operaciones y los ventiladores de recuperación de energía.
Los economizadores en la zona de operaciones pueden ahorrar mucha energía en algunos climas. Cuando el aire exterior tiene la temperatura y humedad adecuadas para el "enfriamiento gratuito", el economizador aumenta las tasas de ventilación al tiempo que reduce la salida de aire acondicionado. Se ahorra electricidad porque el funcionamiento de los ventiladores es más económico que el del aire acondicionado. Los controles inteligentes pueden optimizar el economizador de la zona de operaciones para maximizar estos ahorros.
La ventilación con recuperación de energía también logra sinergia con la ventilación inteligente. Cuando se optimiza el flujo de aire externo, no se desperdicia energía en calentar o enfriar aire adicional. Luego, el sistema ERV puede intercambiar calor entre el aire de suministro y el aire de escape, reduciendo aún más la carga de trabajo de HVAC. El ERV funciona tanto con aire acondicionado como con calefacción: el aire interior preenfría el aire exterior en verano y precalienta el aire exterior en invierno.
Las certificaciones de construcción como LEED y WELL tienen requisitos de rendimiento exigentes para calefacción, refrigeración y ventilación. Los controles automáticos impulsados por IA pueden ayudar a cumplir estos requisitos optimizando el funcionamiento de los sistemas HVAC.
Ingeniería HVAC: los diferentes desafíos
Quizás te guste encender la calefacción durante el invierno o el aire acondicionado durante el verano. Es rápido y fácil, pero no siempre fue así. La ingeniería HVAC y la industria están en constante evolución. Con el avance de la tecnología, satisfacer las demandas de los clientes suele ser un desafío.
Estas son algunas de las cosas en las que se está centrando la industria de la ingeniería HVAC en este momento.
1. Sea energéticamente eficiente
La eficiencia energética es lo que buscan los consumidores. La crisis energética de la década de 1970, por ejemplo, hizo que los países se centraran en la conversación y la eficiencia. Esto significó que los ingenieros de HVAC tenían que ser dinámicos y encontrar nuevas formas de realizar la misma tarea en equipos de menor consumo de energía. El uso abundante de combustibles fósiles se ha convertido en una preocupación.
Los consumidores de hoy también comprenden la necesidad de eficiencia energética y su impacto en el costo general. Los sistemas HVAC son mucho más eficientes energéticamente hoy que nunca, pero es necesario hacer más. ¡Estamos seguros de que no querrás facturas de calefacción elevadas cada invierno!
2. Encontrar el equipo adecuado
Para los ingenieros de HVAC, la coordinación con arquitectos, ingenieros civiles, ingenieros estructurales, ingenieros de plomería e ingenieros eléctricos antes de la instalación sigue siendo una preocupación. Aquí hay algunas cosas que los ingenieros de HVAC deben tener en cuenta.
- La ubicación, tamaño del equipo y posicionamiento del equipo que se utilizará durante el proceso de diseño.
- El tipo de material utilizado en la construcción del edificio también es un factor en el equipo que se utilizará.
- El paisaje también puede afectar las cargas térmicas.
- Cumplir con los códigos de construcción, códigos de seguridad y contra incendios.
3. Demandas de los clientes
Los clientes buscan más. Proporcionar las mejores soluciones de construcción dentro del presupuesto es un aspecto desafiante cuando se trata de ingeniería HVAC. Debe diseñar el diseño, qué material usar e incluso qué material usar.
Todo ello garantizando que el bajo presupuesto no afectará la calidad general. A largo plazo, los clientes no querrán incurrir en elevados costes de mantenimiento.
4. El clima
Cada lugar es diferente. Los sistemas HVAC deben funcionar correctamente incluso cuando las condiciones climáticas son extremas. La ingeniería HVAC necesita mantener el aire acondicionado y la ventilación en funcionamiento para mantener la temperatura interior.
Para ello, los ingenieros deben tener en cuenta varios factores como:
- La temperatura exterior,
- El número de personas,
- La distribución de la ventilación por todas las zonas del edificio.
También necesitan trabajar para controlar la humedad y garantizar que no se forme moho. Además, es necesario calcular la presión del aire interior y exterior para evitar cualquier formación indeseable de humedad en el interior del edificio.
5. Para mantener la calidad del aire interior
Mantener la calidad del aire interior (IAQ) es otro desafío. Los ingenieros de HVAC deben tener en cuenta el factor de diseño y que las enfermedades transmitidas por el aire no pueden sobrevivir en el interior. La pregunta aquí es: si la calidad del aire exterior es mala, ¿cómo se puede garantizar una mejor calidad del aire interior?
Aunque persisten desafíos, no es ningún secreto que la industria seguirá experimentando un crecimiento significativo. Se estima que sólo en Estados Unidos la industria de la ingeniería HVAC generará ingresos de más de 60 millones de dólares en los próximos doce meses.
Estándares técnicos utilizados por un ingeniero de HVAC
El trabajo de un Ingeniero HVAC incluye diseñar sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado según las necesidades de cada edificio. Hay muchas organizaciones en la industria HVAC y han publicado estándares para garantizar el diseño y la instalación correctos de estos importantes sistemas de construcción. Los estándares de HVAC se aplican en todo Estados Unidos y los códigos de construcción locales generalmente los utilizan como referencia; algunos estándares incluso se han adoptado internacionalmente.
Una instalación de HVAC debe mantener condiciones interiores adecuadas para la ocupación humana, y estas incluyen temperatura ambiente, humedad relativa y suministro de aire exterior. Los sistemas HVAC se caracterizan por su alto consumo energético, superando a todos los demás sistemas constructivos combinados en aplicaciones residenciales y comerciales. Se recomienda encarecidamente tomar medidas de eficiencia energética para reducir sus costos operativos.
Las siguientes son algunas de las principales asociaciones industriales que publican normas técnicas para sistemas HVAC:
- ACCA – Contratistas de aire acondicionado de América
- ARI – Instituto de Aire Acondicionado y Refrigeración
- ASHRAE – Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado
- NFPA – Asociación Nacional de Protección contra Incendios
- SMACNA – Asociación Nacional de Contratistas de Chapa y Aire Acondicionado
Cómo un ingeniero de HVAC aplica los estándares en el diseño de proyectos
Las normas técnicas proporcionan procedimientos de cálculo para muchos aspectos del diseño de HVAC que se consideran las mejores prácticas de la industria. Por ejemplo, el Manual de ASHRAE es uno de los estándares más importantes para ingenieros mecánicos y consta de cuatro volúmenes: Fundamentos, Refrigeración, Aplicaciones HVAC y Sistemas y equipos HVAC.
El Manual de ASHRAE es constantemente revisado y actualizado por comités técnicos. Un ingeniero de HVAC miembro de ASHRAE recibe la última edición cada año como uno de los beneficios de la membresía. El Manual está disponible en versiones impresa, CD-ROM y en línea.
ASHRAE también cuenta con la Norma 90.1, que se ha utilizado a nivel nacional e internacional para mejorar la eficiencia energética de los edificios, y muchos códigos energéticos locales la utilizan como punto de referencia. La norma 90.2 es similar, pero se centra en la construcción residencial de poca altura.
ACCA ha publicado un conjunto de manuales técnicos con procedimientos de cálculo para muchos aspectos del diseño HVAC, así como pautas de selección de equipos. Hay versiones residenciales y comerciales de los manuales de ACCA que cubren los siguientes temas:
- Concepto de sistema
- Cálculo de carga
- Zonificación del sistema
- Distribución del aire
- Selección de equipos
- Cálculo del tamaño del conducto
- Ajuste, prueba y equilibrio.
Los estándares SMACNA son muy importantes en instalaciones HVAC que utilizan conductos de aire porque proporcionan requisitos de diseño para conductos de chapa y fibra de vidrio. Siguiendo los procedimientos de cálculo de las normas SMACNA, los ingenieros de HVAC pueden garantizar que los conductos de aire tengan el tamaño adecuado y al mismo tiempo cumplan con los requisitos de flujo de aire y presión estática.
Las normas de la NFPA abordan la protección contra incendios, que es un aspecto muy importante para los equipos de calefacción que queman gas natural, combustible para calefacción o cualquier otro combustible. Uno de los estándares de la NFPA es el Código Eléctrico Nacional (NEC): se aplica a todos los circuitos que suministran energía a las instalaciones de HVAC, así como a sus sistemas de protección.
Los estándares de la industria pueden parecer abrumadores a primera vista, pero garantizan un alto rendimiento y seguridad al diseñar sistemas de construcción. Un ingeniero de HVAC calificado está familiarizado con todos los estándares aplicables y puede utilizarlos de manera efectiva durante el proceso de diseño.
