Por qué VAV, y por qué ahora
La distribución de volumen de aire variable es la estrategia HVAC comercial dominante porque ahorra una cantidad considerable de energía de ventilación a carga parcial. Una oficina comercial típica funciona al 30-60% de la carga máxima de refrigeración la mayor parte de las horas de operación. Los sistemas de volumen de aire constante hacen funcionar el ventilador al 100% del caudal sea cual sea la carga; el VAV reduce el caudal proporcionalmente a la carga. La energía del ventilador escala con el cubo del caudal, así que una reducción del 50% del caudal ahorra aproximadamente el 87% de la potencia del ventilador en ese punto de operación según las leyes de los ventiladores (menos en la práctica, porque se mantienen el control de presión estática del conducto y las pérdidas del motor y del variador). La mayoría de los sistemas de certificación de edificios sostenibles (LEED, Green Star, BREEAM, DGNB) premian el ahorro energético resultante.
Tipos de terminales VAV
VAV de un solo conducto (el más común)
Un conducto de impulsión entrega aire frío a temperatura constante (13-14°C). La caja terminal VAV tiene una compuerta que modula el caudal para igualar la carga de enfriamiento de la zona. El retorno llega a la UTA por el plenum del cielo raso o por un conducto de retorno dedicado. Es el más eficiente y el más común. Subtipos:
- Solo enfriamiento: compuerta simple, sin capacidad de calefacción. Se usa en zonas interiores donde no se necesita calefacción.
- Con recalentamiento (agua caliente o eléctrico): compuerta más una batería de calefacción aguas abajo. Reduce el caudal de enfriamiento y luego activa el recalentamiento en condiciones de poca carga o en zonas perimetrales en invierno.
- Independiente de la presión: incluye un sensor de velocidad y control por retroalimentación para mantener el caudal ordenado con independencia de la variación de la presión estática del conducto. Estándar en el sector comercial.
VAV con ventilador (FPB)
Caja VAV con ventilador integrado que mezcla el aire de retorno del plenum con el aire primario de impulsión. Se usa para mantener el caudal mínimo en condiciones de poca carga mientras se aprovecha el calor de la iluminación y de los equipos presente en el plenum. Subtipos:
- Con ventilador en serie: el ventilador funciona de forma continua a todas las cargas y la compuerta primaria modula. Mayor consumo continuo del ventilador.
- Con ventilador en paralelo: el ventilador funciona solo en condiciones de bajo caudal primario. Más eficiente, pero con un control más complejo.
VAV de doble conducto
Dos conductos de impulsión: uno frío (13-14°C) y otro caliente (35-40°C). El terminal VAV mezcla las dos corrientes para entregar cualquier temperatura intermedia. Gran flexibilidad de control, pero alto consumo de energía del ventilador y el doble de masa de conducto. Se usa en algunos edificios antiguos; rara vez se especifica en obra nueva.
VAV de inducción
El aire primario de impulsión se descarga a alta velocidad por una tobera e induce aire secundario del plenum a través del terminal. Autoalimentado (sin ventilador). Capacidad limitada; se usa en algunas aplicaciones de hotelería y en reformas de edificios antiguos.
Dimensionamiento de cajas VAV
Tres caudales por zona
- Caudal máximo de enfriamiento: dimensionado para la carga sensible máxima de enfriamiento con la temperatura de impulsión de diseño (normalmente 13-14°C). La carga máxima incluye la ganancia solar, las cargas internas de iluminación, equipos y personas, y la conducción a través de la envolvente en las condiciones de diseño.
- Caudal mínimo: fijado por las necesidades de ventilación (ASHRAE 62.1 o el mínimo del código local) y por los límites de recalentamiento del código de energía; compruebe la mezcla del difusor con este ajuste.
- Caudal en modo de recalentamiento: el caudal mientras la batería de recalentamiento está activa. En el recalentamiento de conducto único está limitado por los límites de recalentamiento del código de energía; las cajas con ventilador pueden añadir aire del plenum mediante el ventilador de la caja sin aire primario adicional.
Selección del diámetro de entrada
Las cajas VAV tienen entradas de conducto redondas en diámetros estándar. Rango de caudal aproximado por entrada con las pérdidas de carga admisibles habituales:
- Φ150 mm: 50-200 L/s
- Φ200 mm: 100-400 L/s
- Φ250 mm: 200-700 L/s
- Φ300 mm: 350-1,100 L/s
- Φ400 mm: 600-2,000 L/s
- Φ500 mm: 1,000-3,500 L/s
Los principales fabricantes (Trox, Titus, Krueger, Price, Carnes, Tuttle & Bailey, Halton) publican programas de selección detallados que tienen en cuenta la pérdida de carga, el nivel NC y la autoridad de la compuerta.
Factor de diversidad
El dimensionamiento del ventilador y de la UTA a nivel de sistema usa el caudal máximo del sistema, que es menor que la suma de los caudales máximos de todas las zonas. Motivo: las zonas alcanzan su pico a distintas horas. El perímetro este alcanza su pico entre las 9 y las 11 h (sol de la mañana). El perímetro oeste, entre las 14 y las 16 h. La zona interior, durante la máxima ocupación. El ventilador nunca tiene que entregar a la vez el pico de todas las zonas.
Factores de diversidad típicos:
- Oficinas comerciales: 0.70-0.85
- Uso comercial mixto: 0.75-0.85
- Hospital (cuidados agudos): 0.85-0.95 (menos diversidad, carga más constante)
- Hotel: 0.65-0.75 (alta diversidad, la ocupación varía mucho)
- Comercio minorista: 0.70-0.80
- Educación: 0.60-0.75 (ocupación estacional, las aulas alcanzan su pico a distintas horas)
La modelización energética detallada del edificio (eQUEST, EnergyPlus, IES VE, TAS) calcula la diversidad específica de cada proyecto. Cuando no hay modelo energético se aplican las reglas prácticas del sector.
Caudal mínimo según ASHRAE 62.1
ASHRAE 62.1 especifica la ventilación mínima con aire exterior por zona según la superficie y la ocupación. Valores típicos en oficinas:
- Oficina: 0.06 cfm/sqft de superficie + 5 cfm/persona (≈ 0.30 L/s/m² + 2.5 L/s/persona)
- Sala de reuniones: 0.06 cfm/sqft + 5 cfm/persona (lo determina la mayor densidad de ocupación)
- Aula: 0.12 cfm/sqft + 10 cfm/persona
- Habitación de paciente en hospital: 0.18 cfm/sqft + 25 cfm/persona más un mínimo de 6 ACH
- Comercio minorista: 0.12 cfm/sqft + 7.5 cfm/persona
El ajuste mínimo del VAV debe igualar o superar en todo momento el requisito de ventilación calculado. Los sistemas multizona con una UTA compartida usan el cálculo multizona de ASHRAE 62.1, que ajusta el aire exterior en la UTA según la diversidad de ocupación a nivel de zona.
Clase de presión del conducto VAV
El conducto de impulsión aguas arriba de las cajas VAV opera a mayor presión estática que aguas abajo:
- Aguas arriba del VAV (entre el ventilador y la entrada de la caja): SMACNA +3 a +4 in.wg / clase de estanqueidad C de EN 1507 / clase C de AS/NZS. El ventilador aporta la presión estática necesaria para alimentar todas las cajas VAV más las pérdidas del conducto.
- Aguas abajo del VAV (entre la salida de la caja y el difusor): SMACNA +1 in.wg / clase A de EN 1507 / clase A de AS/NZS. La caja VAV reduce la presión a los niveles de alimentación del difusor.
Implicación para la fabricación: los conductos principales de impulsión necesitan un calibre más grueso (normalmente 20-18 ga para presión media) y un sellado más estanco que los conductos derivados (22-24 ga para baja presión). La línea automática de conductos SBAL-V de Taokron almacena recetas de PLC para ambas clases de presión; el operario elige según cada tramo de conducto. Así se evita fabricar las derivaciones de baja presión con una construcción de presión media innecesaria.
Consideraciones acústicas
Los sistemas VAV generan ruido por tres fuentes:
- Ventilador y UTA: la fuente dominante de bajas frecuencias; se controla con atenuadores cerca de la UTA y con una cámara plenum revestida
- La propia caja VAV: la modulación de la compuerta genera ruido regenerado, que aumenta al cerrarse la compuerta desde la apertura total. Normalmente 25-40 dB(A) con el caudal máximo, y aumenta cuando la caja estrangula el caudal.
- Difusor de aire: ruido del dispositivo terminal; se controla con la selección del difusor y su velocidad frontal
El ruido de la caja VAV suele predominar a nivel de zona. La selección debe comprobar el nivel NC en todos los puntos de operación, no solo con el caudal máximo. Muchos proyectos usan conductos de entrada de la caja VAV con revestimiento acústico (300-600 mm de conducto revestido interiormente aguas arriba de la caja) para atenuar el ruido del ventilador que se propaga a través de la caja. Consulte nuestra guía de revestimiento acústico de conductos.
Errores de diseño VAV frecuentes
- Mínimo del VAV fijado sin comprobar los difusores: unos mínimos muy bajos provocan una mala mezcla en el difusor y una modulación inestable de la compuerta. Fije el mínimo a partir de las necesidades de ventilación (ASHRAE 62.1) y de los límites de recalentamiento del código de energía, y confirme después el rendimiento del difusor con ese caudal.
- Caudal de recalentamiento por encima del límite del código de energía: ASHRAE 90.1 limita cuánto aire puede enfriarse y luego recalentarse. Vigile la especificación del proyecto por la auditoría de cumplimiento.
- Conducto de entrada insuficiente aguas arriba del VAV: menos de 3 diámetros de conducto recto en la entrada provoca distorsión del flujo y el fallo del control independiente de la presión. Prevea siempre 3D como mínimo y 5D como ideal.
- Clase de presión incorrecta en el conducto aguas abajo: fabricar el conducto de baja presión de la caja al difusor con construcción de presión media desperdicia entre el 30 y el 40% del costo de fabricación. A la inversa, una construcción de baja presión aguas arriba del VAV no cumple la clase de fugas.
- Factor de diversidad no aplicado a nivel de sistema: ventilador y UTA sobredimensionados. Se desperdicia inversión (capex) y se trabaja con baja eficiencia en el punto de diseño.
- Diversidad aplicada a nivel de derivación: conductos derivados subdimensionados. Cada derivación debe dimensionarse para el pico de esa zona, no para el pico del sistema.
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Preguntas frecuentes
¿Qué es un sistema VAV?
Variable Air Volume: temperatura de impulsión constante (13-14°C) y caudal de zona modulado por la caja terminal VAV para adaptarse a la carga de refrigeración. La energía del ventilador cae bruscamente a carga parcial (aproximadamente un 87% menos de potencia del ventilador a medio caudal según las leyes de los ventiladores, y menos en la práctica).
¿Qué es el factor de diversidad?
Ajuste por picos de zona no coincidentes. El ventilador/UTA del sistema se dimensiona para el pico del sistema (70-85% de la suma de los picos de zona en oficinas). Los conductos derivados se dimensionan para el pico de zona (sin diversidad).
¿Cómo dimensiono una caja terminal VAV?
El dimensionamiento de una caja VAV requiere tres caudales por zona: caudal máximo de refrigeración (dimensionado para la carga sensible máxima de refrigeración con impulsión a 13-14°C), caudal mínimo (fijado por las necesidades de ventilación y por los límites de recalentamiento del código de energía) y caudal en modo de recalentamiento (el caudal mientras la batería de recalentamiento está activa, también limitado por los límites de recalentamiento del código de energía). La selección en catálogo de la caja VAV hace después coincidir el diámetro de entrada con el caudal necesario para el presupuesto de pérdida de presión deseado (normalmente 50-150 Pa). Diámetros de entrada redondos: Φ200 mm para ~400 L/s, Φ250 mm para ~700 L/s, Φ300 mm para ~1,100 L/s. Principales fabricantes de cajas VAV: Trox, Titus, Krueger, Price, Carnes, Tuttle & Bailey.
¿Cuál es el ajuste del caudal mínimo VAV?
El caudal mínimo lo fijan las necesidades de ventilación y los límites de recalentamiento del código de energía. El piso de ventilación es el requisito de ASHRAE 62.1 para la zona (para oficinas, 0.06 cfm/sqft + 5 cfm/persona, es decir, unos 0.3 L/s por m² + 2.5 L/s por persona) o cualquier código local más estricto (por ejemplo, AS 1668.2 en Australia). El código de energía (por ejemplo, ASHRAE 90.1) limita cuánto aire puede enfriarse y luego recalentarse, por lo que el mínimo no debe fijarse por encima de lo que necesiten la ventilación y el rendimiento de los difusores. Compruebe la mezcla y el alcance del difusor con el ajuste mínimo, ya que un caudal muy bajo puede causar una mala mezcla y quejas de confort.
¿Qué clase de presión requiere el conducto VAV?
El conducto de impulsión aguas arriba de las cajas VAV suele ser de presión media (SMACNA +3 a +4 in.wg / clase de estanqueidad C de EN 1507 / clase C de AS-NZS) porque la caja VAV necesita una presión estática mínima de 50-200 Pa para funcionar correctamente en todo su rango de caudal. Aguas abajo de la caja VAV (el tramo de caja a difusor), basta con baja presión (SMACNA +1 in.wg / clase A de EN 1507 / clase A de AS-NZS). Implicación para la fabricación: los conductos principales y montantes de impulsión necesitan mayor calibre y un sellado más estanco que los conductos de derivación. Las recetas de la SBAL-V de Taokron incluyen ambas clases de presión; el operador selecciona según el tramo de conducto.
