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 del ventilador a carga parcial. Una oficina comercial típica funciona al 30-60% de la carga máxima de enfriamiento la mayor parte de las horas de operación. Los sistemas de volumen de aire constante hacen trabajar el ventilador al 100% del caudal sin importar la carga; el VAV reduce el caudal en proporción a la carga. La energía del ventilador crece 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. Por este motivo, ASHRAE 90.1 exige VAV en la mayoría de los edificios comerciales de más de 25,000 sqft (2,300 m²), y la mayoría de los sistemas de certificación de edificios sostenibles (LEED, Green Star, BREEAM, DGNB) otorgan créditos de energía a los sistemas VAV.
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:
- En serie (ventilador en paralelo): el ventilador funciona continuamente con cualquier carga y la compuerta primaria modula. Mayor consumo continuo de energía del ventilador.
- En paralelo: el ventilador funciona solo cuando el caudal primario es bajo. 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: el mayor entre el requisito de ventilación de ASHRAE 62.1, el 30% del máximo para la estabilidad del control térmico o el mínimo del código local.
- Caudal en modo recalentamiento: al mínimo, con la batería de recalentamiento activa. Normalmente el 50% del máximo en sistemas FPB con recalentamiento y el 30-40% en sistemas de un solo conducto con recalentamiento.
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: 0.06 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 C-D de EN 1505 / clase C-D de AS/NZS. El ventilador entrega 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 / clase A de AS/NZS. La caja VAV reduce la presión a los niveles que alimentan al 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 VAV ajustado por debajo del 30% del máximo: quejas de confort por mala mezcla en el difusor; inestabilidad en la modulación de la compuerta. Ajuste siempre el mínimo en ≥ 30% o el que exija ASHRAE 62.1 (el que sea mayor).
- Recalentamiento por encima del 30% del diseño: ASHRAE 90.1 prohíbe el calentamiento y el enfriamiento simultáneos por encima del 30%. Vigile la especificación del proyecto para 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?
Volumen de aire variable: temperatura de impulsión constante (13-14°C) y caudal de zona modulado por la caja terminal VAV para igualar la carga de enfriamiento. Ahorra un 30-60% de energía del ventilador frente al CAV a carga parcial. Exigido por ASHRAE 90.1 en la mayoría de los edificios comerciales de >25,000 sqft.
¿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: el caudal máximo de enfriamiento (dimensionado para la carga sensible máxima de enfriamiento con impulsión a 13-14°C), el caudal mínimo (el mayor entre el requisito de ventilación de ASHRAE 62.1 y el 30 por ciento del máximo para el control térmico) y el caudal en modo recalentamiento (normalmente el 50 por ciento del máximo en sistemas con ventilador o con recalentamiento por zonas). La selección en el catálogo de cajas VAV consiste después en hacer coincidir el diámetro de la entrada con el caudal requerido para la pérdida de carga admisible deseada (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 es el mayor de estos valores: (1) el requisito de ventilación de ASHRAE 62.1 para la zona (normalmente 0.5 L/s por m² de superficie + 5-10 L/s por ocupante en oficinas), (2) el 30 por ciento del máximo de diseño para la estabilidad del control térmico, (3) cualquier mínimo específico del código local (por ejemplo, AS 1668 en Australia). En el caudal mínimo, la caja VAV modula del 30 por ciento al 100 por ciento dentro de su rango de operación. Por debajo del 30 por ciento, la mezcla en los difusores de cielo raso resulta insuficiente, aumentan las quejas de confort y el sistema puede volverse inestable. ASHRAE 90.1 limita el recalentamiento a un máximo del 30 por ciento para evitar el calentamiento y el enfriamiento simultáneos.
¿Qué clase de presión requiere el conducto VAV?
El conducto de impulsión aguas arriba de las cajas VAV suele ser de presión media (clase SMACNA +4 in.wg / clase C de EN 1505 / 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 la caja al difusor), basta la baja presión (clase SMACNA +1 in.wg / clase A de EN / clase A de AS-NZS). Implicación para la fabricación: los conductos principales y las montantes de impulsión necesitan mayor calibre y un sellado más estanco que los conductos derivados. Las recetas de la SBAL-V de Taokron incluyen ambas clases de presión; el operario elige según cada tramo de conducto.
