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Una viga fría es un tipo de sistema HVAC de radiación / convección (como es un diseño alternativo conocido como "techo frío") diseñado para calentar y enfriar edificios grandes. [1] Las tuberías de agua pasan a través de una "viga" (un intercambiador de calor ) ya sea integrado en los sistemas de cielo raso suspendido estándar [2] [3] o suspendido a una corta distancia del techo de una habitación. [4] A medida que el rayo enfría el aire a su alrededor, el aire se vuelve más denso y cae al suelo. Es reemplazado por aire más cálido que sube desde abajo, lo que provoca un movimiento de aire pasivo constante llamado convección, que enfría la habitación. [5] [6]La calefacción funciona de la misma manera, similar a un radiador de vapor . Hay dos tipos de vigas frías. Algunos tipos pasivos se basan únicamente en la convección, mientras que hay un tipo pasivo "radiante" / convectivo que se enfría mediante una combinación de intercambio radiante (40%) y convección (60%). El enfoque pasivo puede proporcionar niveles más altos de confort térmico , [7] mientras que el tipo activo (también llamado "difusor de inducción") [8] utiliza el impulso del aire de ventilación que ingresa a una velocidad relativamente alta para inducir la circulación del aire de la habitación a través de la unidad. (aumentando así su capacidad de calefacción y refrigeración). [5] Una viga fría es similar en apariencia a una unidad VRF .

La viga fría se distingue del techo frío. [4] [8] El techo frío utiliza agua que fluye a través de tuberías como lo hace una viga fría; sin embargo, las tuberías en un techo frío se encuentran detrás de placas de techo metálicas, y las placas calentadas / enfriadas son la causa de la radiación / convección y no la unidad de tubería en sí. [4] Las vigas frías son aproximadamente un 85 por ciento más efectivas en la convección que los techos fríos. [4] El techo frío debe cubrir un área de techo relativamente grande tanto porque es menos eficiente como porque proporciona calefacción principalmente por medios radiantes. La capacidad de calefacción radiante es proporcional al área de la superficie. [9]

Física [ editar ]

El agua puede transportar mucha más energía que el aire. Aunque 1 pie cúbico (0.028 m 3 ) de aire tiene una capacidad para retener calor de 37 julios por kelvin (JK −1 ), el mismo volumen de agua tiene una capacidad calorífica de 20.050 JK −1 . [10] Una tubería de agua de metal de solo 1 pulgada (2,5 cm) de diámetro puede transportar tanta energía como un conducto de aire metálico de 18 por 18 pulgadas (46 por 46 cm). [10] Esto significa que los sistemas HVAC de vigas frías requieren mucha menos energía para proporcionar el mismo efecto de calefacción y refrigeración que un sistema HVAC de aire tradicional.

Los sistemas de enfriamiento de vigas frías requieren que el agua sea tratada por sistemas de calefacción y enfriamiento. Generalmente, el agua en un sistema de vigas frías pasivas se enfría a aproximadamente 16 a 19 ° C (61 a 66 ° F). [11] [12] En los sistemas de calefacción de vigas frías activas, la temperatura del agua suele ser de 40 a 50 ° C (104 a 122 ° F). [13] (Sin embargo, los sistemas de calefacción de vigas frías generalmente no pueden depender únicamente de la convección y, a menudo, requieren un sistema de circulación de aire primario impulsado por un ventilador para forzar el aire más caliente al suelo donde la mayoría de las personas se sientan y trabajan). [13] Hay efectividad y diferencias de costos entre los dos sistemas. Los sistemas pasivos de vigas frías pueden suministrar entre 5,6 y 6,5 vatios por pie (60 a 70 vatios por metro) de capacidad de enfriamiento .[8] Los sistemas de vigas frías activas son aproximadamente el doble de efectivos. [8] En ambos casos, la convección es tan eficiente que la relación entre el aire entrante y el aire calentado / enfriado puede llegar a ser de 6: 1. [14] Sin embargo, los estudios sobre el ahorro de costes energéticos de los sistemas de vigas frías activas frente a los pasivos seguían sin ser concluyentes en 2007 y parecen depender en gran medida del edificio específico. [8]

El sistema de vigas frías activas emplea aletas para ayudar a calentar y enfriar. [8] Los sistemas de vigas frías activas son efectivos hasta el punto en que el aire exterior se puede mezclar con el aire interior sin ningún tipo de aire acondicionado tradicional (como calefacción, refrigeración, humidificación o deshumidificación), lo que permite que un edificio cumpla con su "mínimo exterior aire "requisito de calidad del aire. [8]

Ventajas y desventajas [ editar ]

La principal ventaja del sistema de vigas refrigeradas es su menor costo operativo. Por ejemplo, debido a que la temperatura del agua enfriada es más alta que la temperatura del aire enfriado, pero ofrece la misma capacidad de enfriamiento, los costos del sistema de agua enfriada son menores. [12] [15] Debido a que el enfriamiento y el calentamiento del aire ya no están vinculados al suministro de aire, los edificios también ahorran dinero al poder hacer funcionar menos ventiladores de circulación de aire ya velocidades más bajas. [8] Una estimación sitúa la cantidad de aire manipulado entre un 25 y un 50 por ciento menos utilizando sistemas de vigas refrigeradas. [14]Al poder dirigir la entrega de aire exterior limpio donde se necesita (en lugar de inyectarlo en todo el sistema y calentarlo o enfriarlo), hay una necesidad reducida de tratar grandes cantidades de aire exterior (también ahorra dinero). [8] En un caso, el Edificio de Ciencias Genómicas de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill redujo sus costos de HVAC en un 20 por ciento con un sistema activo de vigas frías. [16] Se trata de un ahorro de costes energético típico. [8] Los sistemas de vigas refrigeradas también tienen algunas ventajas, ya que son casi silenciosos, [14] requieren poco mantenimiento y son muy eficientes. [17] [18] Los sistemas HVAC tradicionales impulsados ​​por ventiladores crean velocidades de aire algo más altas,[18] que a algunas personas les resulta incómodo. Los sistemas HVAC de vigas frías también requieren menos espacio en el techo que los sistemas HVAC de aire forzado, lo que puede conducir a alturas de edificios más bajas y techos más altos. [12] [15] Dado que no requieren altos flujos de aire forzado, los sistemas de vigas frías también requieren redes de conductos de distribución de aire reducidas (lo que también ayuda a reducir los costos). [12] [15]

Los sistemas de vigas frías no son una panacea. Es posible que se necesiten conductos adicionales para cumplir con los requisitos mínimos de aire exterior. [8] Ambos tipos de sistemas de vigas frías son menos efectivos para calentar que para enfriar, y a menudo se necesitan sistemas de calefacción suplementarios. [8] Los sistemas de vigas refrigeradas no se pueden usar solos en edificios donde los techos superan los 2,7 metros (8,9 pies), porque el aire no circulará correctamente. [13] En tales casos, debe emplearse un sistema de circulación de aire forzado. Si la temperatura del agua es demasiado baja o la humedad es alta, se puede producir condensación en la viga, lo que genera un problema conocido como "lluvia interna". [15] [17] [19](En algunos casos, el aire exterior más seco se puede mezclar con el aire interior más húmedo para reducir los niveles de humedad interior mientras se mantiene el rendimiento del sistema). [14] Los sistemas de vigas frías no se recomiendan para áreas con alta humedad (como teatros, gimnasios o cafeterías). ). [15] Debido a que son menos efectivos para enfriar, los sistemas de vigas frías pasivas generalmente no son adecuados para climas tropicales y semitropicales. [8] Los hospitales generalmente no pueden usar sistemas de vigas refrigeradas debido a restricciones en el uso de aire recirculado. [14] También se sabe que los sistemas de vigas frías provocan una circulación de aire notable que puede incomodar a algunas personas. [4](Los dispositivos de deflexión de aire pasivos pueden ayudar a interrumpir estos patrones de aire, aliviando el problema). [20] Algunos diseñadores han descubierto que la ampliación de los conductos alrededor de los sistemas de haz frío activo para aumentar la circulación de aire provoca ecos en las áreas de trabajo y amplifica el sonido del agua que se mueve a través de ellos. las tuberías a niveles notables. [14]

Instalación y adopción [ editar ]

Las vigas frías activas se montan en un cielo raso suspendido y luego se anclan a la estructura aérea, porque los techos con barra en T no pueden soportar el peso operativo típico de una viga fría. [14] Por lo general, tienen de 1 a 2 pies (0,30 a 0,61 m) de ancho y requieren menos de 1 pie (0,30 m) de espacio superior. [14] Un sistema típico de viga fría de 2 pies (0,61 m) de ancho generalmente pesa alrededor de 15 libras (6,8 kg) por 1 pie (0,30 m) de longitud de la viga. [14] Las vigas frías se instalan generalmente de modo que el centro de cada viga no esté a más de 3 metros (9,8 pies) del centro de la siguiente viga. [13] A algunos arquitectos y usuarios finales no les gustan las vigas porque no cubren todo el techo, por lo que se pueden ver los conductos, el cableado y otra infraestructura.[8] Algunos diseñadores han instalado un sistema de vigas frías alrededor del perímetro del edificio (donde las diferencias de temperatura pueden ser mayores) y otro en el interior del edificio, para controlar mejor la temperatura en toda la estructura. [14] Se puede obtener un mayor rendimiento del sistema aumentando la presión estática del aire en el edificio. [14] Los sistemas generalmente necesitan poca limpieza (aspirar la suciedad y el polvo de las aletas cada cinco años). [14]

A partir de 2007, los sistemas HVAC de vigas frías se utilizaron más ampliamente en Australia y Europa que en los Estados Unidos. [8] En Australia, el sistema se utilizó por primera vez en 30 The Bond, Sydney, que fue el primer edificio en Australia en alcanzar la calificación de 5 estrellas ABGR. [21] [22] Los sistemas HVAC de haz frío se han utilizado en la Terminal 5 de Londres Heathrow [23] y en el Constitution Center (el edificio de oficinas privadas más grande de Washington, DC). [24] El sistema también ha recibido un uso destacado en Harvard Business School , Wellesley College y la sede estadounidense de la compañía farmacéutica AstraZeneca . [24]

La viga fría multiservicio es una forma relativamente nueva de viga fría. Desarrollado en 1996, incorpora cableado informático y eléctrico, iluminación, sensores de detección de movimiento y rociadores en la unidad de haz frío. [25] La viga refrigerada multiservicio se instaló por primera vez en el edificio Barclaycard en Northampton , Inglaterra , pero desde entonces se ha utilizado en la sede de Lloyd's Register ( Londres ), Airbus UK ( Bristol ) y la Autoridad del Gran Londres ; Riverside House (Londres); Empress State Building (Londres); 55 Baker Street (Londres) [26]y 101 New Cavendish Street (Londres). [25] [27]

Notas al pie [ editar ]

  1. ^ Oughton, Hodkinson y Faber, 2008, p. 222-224.
  2. ^ Precio, 2011, Manual de HVAC del ingeniero , p. 1067, ISBN  978-0-9868802-0-9
  3. ^ 2012 ASHRAE Handbook Sistemas y equipos HVAC , ASHRAE, 2012, p. 20.9, ISBN 978-1-936504-25-1 
  4. ↑ a b c d e Beggs, 2009, p. 271.
  5. ↑ a b Hamilton y Watkins, 2009, p. 158.
  6. ^ Levermore, 2000, p. 407.
  7. ^ "Módulo 65: Aplicación de vigas frías para reducir la huella de carbono total del edificio" . Revista CIBSE . Consultado el 9 de febrero de 2020 .
  8. ^ a b c d e f g h i j k l m n o Roth, Kurt; Dieckmann, John; Zogg, Robert; y Brodrick, James. "Refrigeración por haz frío". Revista ASHRAE. Septiembre de 2007.
  9. ^ Viga fría frente a techo frío, Severn Group | consultado en junio de 2019
  10. ↑ a b Geary, 2010, p. 9.
  11. ^ Liebre y Fisher, 2000, p. 246.
  12. ↑ a b c d Sisle, Leonard y Weiss, 2010, p. 152.
  13. ↑ a b c d Oughton, Hodkinson y Faber, 2008, p. 223.
  14. ^ a b c d e f g h i j k l Alexander, Darren y O'Rourke, Mike. "Consideraciones de diseño para vigas frías activas". Revista ASHRAE. 1 de septiembre de 2008.
  15. ↑ a b c d e Gelfand y Freed, 2010, p. 146.
  16. ^ Studt, Tim. "La viga fría activa reduce el uso de energía en un 20%". Equipo de laboratorio. 1 de agosto de 2008. Archivado el 13 de julio de 2011 en la Wayback Machine.
  17. ↑ a b Hundy, Trott y Welch, 2008, p. 316.
  18. ↑ a b Mumovic y Santamouris, 2009, p. 251.
  19. ^ Hall y Greeno, 2009, p. 240.
  20. ^ Awbi, 2003, p. 87.
  21. ^ Hill, C. "Viga fría" . Archivado desde el original el 10 de abril de 2011 . Consultado el 20 de abril de 2011 .
  22. ^ Hill, C. "Viga fría" . Consultado el 20 de abril de 2011 .[ enlace muerto permanente ]
  23. ^ "Las vigas frías ahora llegan a la Terminal 5". Servicios de construcción moderna. Noviembre de 2007.
  24. ^ a b Fruehling, Douglas. "El sistema de vigas refrigeradas llega a DC" Washington Business Journal. 26 de noviembre de 2007.
  25. ^ a b "Explotación del valor de las vigas refrigeradas multiservicio". Servicios de construcción moderna. Noviembre de 2004.
  26. ^ Hill, C. "Vigas frías" . Archivado desde el original el 16 de marzo de 2012 . Consultado el 20 de abril de 2011 .
  27. ^ Hill, C. "Viga fría" . Archivado desde el original el 10 de agosto de 2011 . Consultado el 20 de abril de 2011 .

Bibliografía [ editar ]

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  • Gelfand, Lisa y Freed, Eric Corey. Arquitectura escolar sostenible: diseño para escuelas primarias y secundarias. Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons, 2010.
  • Hall, F. y Greeno, Roger. Manual de servicios de construcción. Londres: Butterworth-Heinemann, 2009.
  • Hamilton, D. Kirk y Watkins, David H. Diseño basado en evidencia para múltiples tipos de edificios. Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley and Sons, 2009.
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  • Levermore, GJ Building Energy Management Systems: aplicaciones para HVAC de bajo consumo y control de ventilación natural. Florence, Ky .: Taylor y Francis, 2000.
  • Mumovic, Dejan y Santamouris, M. Un manual de diseño e ingeniería de edificios sostenibles: un enfoque integrado de la energía, la salud y el rendimiento operativo. Sterling, Va .: Earthscan, 2009.
  • Oughton, DR; Hodkinson, S. y Faber, Oscar. Calefacción y aire acondicionado de edificios de Faber & Kell. Londres: Butterworth-Heinemann, 2008.
  • Sisle, Ellen; Leonard, Paul; y Weiss, Jonathan A. Diseño sostenible de laboratorios de investigación: planificación, diseño y funcionamiento. Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons, 2010.