Esta es una interesante alternativa de climatización considerada especialmente para edificios y otros espacios comerciales.
por Ing. Ernesto Porras*
Un sistema de distribución de aire bajo suelo (UFAD, por sus siglas en inglés) utiliza el espacio (plenum) entre la losa estructural y la parte inferior de un sistema de suelo elevado para suministrar aire tratado al área climatizada a través de difusores situados al nivel del suelo.
Estos difusores de suministro de aire tienen la particularidad de que pueden proporcionar diferentes niveles de control sobre el confort térmico del área climatizada, dependiendo del diseño y la ubicación del difusor.
El diseño más común de un sistema de climatización en edificios comerciales consiste en suministrar aire tratado a través de una red de conductos y una serie de difusores situados en el techo o cielo falso. Por lo general, esta red de conductos suelen tener tamaños que ocupan gran parte de los espacios en cielo falso y en ocasiones pueden generar complicaciones para que otras infraestructuras de servicios se instalen adecuadamente.
Los sistemas convencionales de climatización, generalmente son denominados de distribución de aire de tipo mixto y están diseñados para lograr la mezcla completa del aire suministrado con el aire del área climatizada, manteniendo así todo el volumen de aire del área a la temperatura de ajuste seleccionada y distribuyendo uniformemente el aire suministrado.
Algunos estudios han demostrado que el uso de sistemas de UFAD trae beneficios económicos orientados a lograr que los usuarios de los edificios se sientan mas confortables y saludables. Entre esos beneficios están el aumento de la productividad de las personas, la retención de los empleados, la reducción de los costos de operación de la edificación (menos ausentismo de los trabajadores por enfermedades) y el aumento del valor de mercado de las instalaciones.
Principales características
A continuación se describen brevemente seis de las principales características de un sistema de UFAD.
1. El aire suministrado al área climatizada debe ser como mínimo el aire exterior requerido por el tipo de aplicación del edificio, el cual es tratado y filtrado por la unidad de tratamiento de aire (UTA) e impulsado a un plenum bajo el suelo a través de una red de conductos que generalmente es más pequeña y con recorridos más cortos que los sistemas de distribución de aire por techo.
2. El plenum bajo el suelo para los sistemas de UFAD se forma mediante la instalación de un sistema de suelo elevado que normalmente está fabricado en paneles de acero rellenos de concreto de 0,6 m x 0,6 m, los cuales que se instalan típicamente a alturas de 0,3 m – 0,46 m por encima de la losa estructural del edificio.
3. Existen dos tipos de configuración de plenum típicos para de suministro de aire bajo el suelo. Uno es usar el plenum presurizado y el segundo usar una red de conductos y difusores dentro del plenum, similar a como sería la distribución de aire por techo.
4. Las temperaturas de suministro de aire en los difusores deben estar entre 16ºC y 18°C para evitar sobreenfriamiento en las zonas cercanas donde normalmente permanecen los usuarios.
5. Los sistemas de UFAD generalmente están configurados para tener un número relativamente mayor de difusores de suministro de aire en comparación con los sistemas de distribución por techo, lo que conlleva a que los difusores de aire de los sistemas de UFAD sean más pequeños y estén más cerca de los usuarios en el área climatizada.
6. El retorno de aire hacia la UTA se hace a nivel de techo o cielo falso, o a la altura máxima permitida por encima de la zona ocupada. Esto genera un patrón de flujo de aire desde el piso hacia el techo que aprovecha la boyancia natural producida por las fuentes de calor en el área climatizada, eliminando más eficientemente las cargas térmicas y minimizando la concentración de los contaminantes dentro de esta.
Ventajas de los sistemas de distribución de aire bajo suelo
Los sistemas de UFAD bien diseñados pueden proporcionar ventajas potenciales, en comparación con los sistemas de distribución de aire tradicionales, como se describen a continuación:
1. Mayor confort térmico. Los sistemas de UFAD permiten que los usuarios tengan mayor control sobre el confort térmico de su entorno cercano. Actualmente, en los edificios comerciales puede haber gran variedad preferencias en lo que se refiere a confort térmico individual debido a las diferencias en el vestuario, el nivel de actividad física (tasa metabólica) y las preferencias propias de los usuarios. El grado de confort térmico percibido por las personas dependerá del tipo de difusores de aire que tenga el sistema de UFAD ya que estos pueden ofrecer un mayor nivel de control sobre el confort térmico dependiendo si los difusores cuentan con ventiladores locales o difusores de suelo pasivos tipo remolino (sin ventiladores locales).
2. Mejora de la calidad del aire interior. Los sistemas de UFAD pueden mejorar la calidad de aire interior en la zona respirable del área climatizada al suministrar aire tratado a nivel del suelo o cerca del usuario y retornar a nivel de techo, lo que da como resultado un patrón de flujo de aire hacia arriba que permite desplazar los contaminantes generados en el área climatizada, similar a lo que se obtiene en los sistemas de ventilación por desplazamiento. En la medida en que el diseño del sistema de climatización permita suministrar 100% aire exterior (aire fresco o nuevo) con una configuración de suministro de aire a bajas velocidades y temperaturas ligeramente menores a las de confort, se podrán tener mayores beneficios relacionados con la calidad de aire interior.
3. Reducción del uso de energía. El ahorro de energía que se obtiene con el uso de sistemas de UFAD en comparación con los sistemas de distribución de aire por cielo falso convencionales está relacionado con dos factores principales: (1) el ahorro de energía en la operación de la planta de producción de agua helada y (2) el ahorro de energía en el ventilador de la UTA.
◦ Los ahorros asociados al uso de la planta de producción de agua helada son el resultado de ajustar un poco más alta la temperatura de suministro de agua helada en el enfriador (chiller) como consecuencia de poder suministrar aire tratado al área climatizada a temperaturas más altas que los sistemas convencionales. Sin embargo, este beneficio depende del clima y los requisitos de control de humedad del área climatizada.
◦ El ahorro de energía de los ventiladores de las UTA está asociado a dos factores: (1) la reducción del volumen total de aire y (2) la reducción de los requisitos de presión estática. El patrón de flujo de aire tratado desde el suelo hacia el techo en los sistemas de UFAD permite que la mayor parte de las ganancias de calor de las fuentes situadas por encima de la zona de respiración u ocupada del área climatizada se retornen directamente al nivel del techo y, por lo tanto, no se incluyan en el cálculo de la cantidad de suministro de aire, lo que permite tener un caudal de suministro de aire menor en comparación a sistemas de climatización convencionales. Las presiones estáticas se reducen debido a la eliminación de la mayoría de la red de conductos, ya que el suministro de aire tratado fluye libremente a través del plenum bajo el suelo a bajas presiones (las presiones típicas son de 0,1 pulgadas de H2O (25 Pa) o menos).
4. Reducción de la altura del piso en las nuevas construcciones. Los edificios que usan sistemas de UFAD tienen el potencial de reducir la altura entre pisos en comparación con los proyectos de climatización que son diseñados con distribución de aire tratado a nivel de techo o cielo falso. Esto puede lograrse reduciendo la altura total de los plenums de servicio y/o cambiando de una construcción estándar de vigas de acero o casetones a un enfoque estructural de losa plana en concreto. Adicionalmente, en algunos proyectos es posible colocar las demás infraestructuras de servicios en el mismo plenum bajo el suelo lo que permite eliminar o reducir en tamaño el plenum del techo.
5. Mejora la salud y productividad de las personas. Algunos estudios han demostrado que el nivel de satisfacción y productividad de las personas puede aumentar usando sistemas de UFAD al permitir que los usuarios tengan un mayor control sobre su confort térmico local y una mejor la calidad del ambiente interior (calidad de aire, confort térmico, acústica e iluminación).
Las ventajas que ofrecen los sistemas de UFAD nos llevan a concluir que este tipo de sistemas son un método efectivo para obtener buenos niveles de confort térmico y calidad de aire interior en áreas climatizadas con un impacto positivo en la reducción del uso de energía de la edificación.
* Ing. Ernesto Porras, Consultor en Climatización, Distritos de Enfriamiento, Almacenamiento Térmico y Calidad de Aire Interior - [email protected]
