El volumen de aire variable ( VAV ) es un tipo de sistema de calefacción, ventilación y/o aire acondicionado ( HVAC ). A diferencia de los sistemas de volumen de aire constante (CAV), que suministran un flujo de aire constante a una temperatura variable, los sistemas VAV varían el flujo de aire a una temperatura constante o variable. [1] [2] Las ventajas de los sistemas VAV sobre los sistemas de volumen constante incluyen un control de temperatura más preciso, un menor desgaste del compresor, un menor consumo de energía por parte de los ventiladores del sistema, menos ruido del ventilador y deshumidificación pasiva adicional. [3]
La forma más simple de una caja VAV es la configuración de terminal de conducto único, que está conectada a un único conducto de suministro de aire que entrega aire tratado desde una unidad de tratamiento de aire (AHU) al espacio al que sirve la caja. [2] Esta configuración puede suministrar aire a temperaturas o volúmenes de aire variables para satisfacer las cargas de calefacción y refrigeración, así como las tasas de ventilación requeridas por el espacio. [2]
Por lo general, las cajas VAV son independientes de la presión, lo que significa que la caja VAV utiliza controles para entregar un caudal constante independientemente de las variaciones en las presiones del sistema experimentadas en la entrada VAV. [2] Esto se logra mediante un sensor de flujo de aire que se coloca en la entrada VAV que abre o cierra la compuerta dentro de la caja VAV para ajustar el flujo de aire. [2] La diferencia entre una caja CAV y VAV es que una caja VAV se puede programar para modular entre diferentes puntos de ajuste de caudal dependiendo de las condiciones del espacio. La caja VAV está programada para funcionar entre un punto de ajuste de flujo de aire mínimo y máximo y puede modular el flujo de aire dependiendo de la ocupación, la temperatura u otros parámetros de control. [4] Una caja CAV solo puede funcionar entre un valor máximo constante o un estado "apagado". [5] Esta diferencia significa que la caja VAV puede proporcionar un control más estricto de la temperatura del espacio mientras utiliza mucha menos energía. Otra razón por la que las cajas VAV ahorran más energía es que están acopladas con unidades de velocidad variable en los ventiladores , de modo que los ventiladores puedan disminuir su velocidad cuando las cajas VAV experimentan condiciones de carga parcial. [6] [7]
Es común que las cajas VAV incluyan una forma de recalentamiento, ya sea bobinas de calentamiento eléctricas o hidrónicas. [4] Mientras que las bobinas eléctricas funcionan según el principio de calentamiento por resistencia eléctrica, mediante el cual la energía eléctrica se convierte en calor a través de una resistencia eléctrica, el calentamiento hidrónico utiliza agua caliente para transferir calor de la bobina al aire. La adición de serpentines de recalentamiento permite que la caja ajuste la temperatura del aire de suministro para satisfacer las cargas de calefacción en el espacio y, al mismo tiempo, proporcione las tasas de ventilación requeridas. [2] En algunas aplicaciones, es posible que el espacio requiera tasas de cambio de aire tan altas que provoque un riesgo de sobreenfriamiento. [5] En este escenario, las bobinas de recalentamiento podrían aumentar la temperatura del aire para mantener el punto de ajuste de temperatura en el espacio. [2] Este escenario tiende a ocurrir durante las temporadas de enfriamiento en edificios que tienen zonas perimetrales e interiores. Las zonas perimetrales, con más exposición al sol, requieren una temperatura de suministro de aire más baja desde la unidad de tratamiento de aire que las zonas interiores, que tienen menos exposición al sol y tienden a permanecer más frescas que las zonas perimetrales cuando no están acondicionadas. Al enviarse la misma temperatura del aire de suministro a ambas zonas, los serpentines de recalentamiento deben calentar el aire de la zona interior para evitar un enfriamiento excesivo. [8]
El caudal del soplador de aire es variable. Para un único controlador de aire VAV que sirve a múltiples zonas térmicas, el caudal a cada zona también debe variarse.
Una unidad terminal VAV , [9] a menudo llamada caja VAV , es el dispositivo de control de flujo a nivel de zona. Se trata básicamente de una compuerta de aire calibrada con un actuador automático . La unidad terminal VAV está conectada a un sistema de control local o central. Históricamente, el control neumático era algo común, pero los sistemas de control electrónico digital directo son populares, especialmente para aplicaciones de tamaño mediano y grande. También es popular el control híbrido, que tiene, por ejemplo, actuadores neumáticos con recopilación de datos digitales. [10]
En el diagrama se muestra una aplicación comercial común. Este sistema VAV consta de una caja VAV, conductos y cuatro terminales de aire.
El control de la capacidad del ventilador del sistema es fundamental en los sistemas VAV. Sin un control rápido y adecuado del caudal, los conductos del sistema o su sellado pueden dañarse fácilmente debido a la sobrepresurización. En el modo de funcionamiento de refrigeración, cuando se alcanza la temperatura en el espacio, se cierra una caja VAV para limitar el flujo de aire frío hacia el espacio. A medida que aumenta la temperatura en el espacio, la caja se abre para bajar la temperatura. El ventilador mantiene una presión estática constante en el conducto de descarga independientemente de la posición de la caja VAV. Por lo tanto, cuando la caja se cierra, el ventilador ralentiza o restringe la cantidad de aire que ingresa al conducto de suministro. A medida que se abre la caja, el ventilador se acelera y permite que fluya más aire hacia el conducto, manteniendo una presión estática constante. [11]
Uno de los desafíos para los sistemas VAV es proporcionar un control de temperatura adecuado para múltiples zonas con diferentes condiciones ambientales, como una oficina en el perímetro de vidrio de un edificio versus una oficina interior al final del pasillo. Los sistemas de conductos dobles proporcionan aire frío en un conducto y aire caliente en un segundo conducto para proporcionar una temperatura adecuada de suministro de aire mixto para cualquier zona. Sin embargo, un conducto adicional es engorroso y caro. Recalentar el aire de un solo conducto, mediante calentamiento eléctrico o de agua caliente, suele ser una solución más rentable. [12]
Los sistemas de recalentamiento VAV tradicionales utilizan índices de flujo de aire mínimos del 30% al 50% del flujo de aire de diseño. Estos mínimos de flujo de aire se seleccionan para evitar el riesgo de falta de ventilación y problemas de confort térmico. Sin embargo, las investigaciones publicadas que respalden la eficacia de este enfoque son escasas. Los sistemas que funcionan con rangos mínimos de flujo de aire más bajos (10% a 20% del flujo de aire de diseño) utilizan menos energía del ventilador y del serpentín de recalentamiento en comparación con un sistema tradicional, e investigaciones recientes han demostrado que aún se puede lograr confort térmico y ventilación adecuada a estos rangos más bajos. mínimos. [13]
Los sistemas de recalentamiento VAV que utilizan el flujo de aire mínimo más alto normalmente emplean una secuencia de control de "máximo único" convencional. Bajo esta secuencia de control, se selecciona un único punto de ajuste del flujo de aire máximo de enfriamiento para las condiciones de enfriamiento de diseño. El flujo de aire de refrigeración se reduce gradualmente hasta el punto de ajuste mínimo del flujo de aire, donde permanece a medida que la temperatura del espacio desciende más allá del punto de ajuste de la temperatura de enfriamiento. Cuando se alcanza el punto de ajuste de calefacción, el serpentín de calefacción eléctrico o hidrónico se activa y proporciona gradualmente más calor hasta alcanzar la capacidad máxima de calefacción a la temperatura de calefacción de diseño. [14]
Las investigaciones han demostrado que el uso de una secuencia de control de "máximo dual" diferente puede ahorrar cantidades sustanciales de energía en relación con la secuencia de control de "máximo único" convencional. Esto se logra debido al uso de tasas de flujo de aire mínimas más bajas en la secuencia de "máximo dual". [14] Bajo esta secuencia de control, se selecciona el mismo flujo de aire máximo de enfriamiento y se reduce de manera similar a medida que disminuye la temperatura del espacio. Cuando la temperatura del espacio desciende al punto de ajuste de temperatura de enfriamiento, el flujo de aire alcanza un valor mínimo más bajo que el utilizado en la secuencia de "máximo único" (10 % - 20 % frente a 30 % - 50 % del flujo de aire de enfriamiento máximo). Cuando la temperatura del espacio alcanza el punto de ajuste de temperatura de calefacción, el serpentín de calentamiento se activa y aumenta su potencia eléctrica (para serpentines eléctricos) o la posición de la válvula de agua caliente (para serpentines hidrónicos) mientras el flujo de aire permanece en el punto de ajuste mínimo. Cuando el serpentín de calentamiento alcanza su capacidad de calentamiento máxima, tras una caída adicional en la temperatura del espacio, el flujo de aire aumenta hasta que alcanza un punto de ajuste máximo del flujo de aire de calentamiento (típicamente alrededor del 50 % del flujo de aire de enfriamiento máximo). [5]