La distribución de aire por suelo radiante (UFAD) es una estrategia de distribución de aire para proporcionar ventilación y acondicionamiento del espacio en los edificios como parte del diseño de un sistema HVAC . Los sistemas UFAD utilizan una cámara de suministro por debajo del piso ubicada entre la losa de concreto estructural y un sistema de piso elevado para suministrar aire acondicionado a través de difusores de piso directamente en la zona ocupada del edificio. Los sistemas UFAD son similares a los sistemas aéreos convencionales (OH) en términos de los tipos de equipos utilizados en las plantas de refrigeración y calefacción y las unidades primarias de tratamiento de aire (AHU) . [1]Las diferencias clave incluyen el uso de una cámara de suministro de aire por debajo del piso, temperaturas del aire de suministro más cálidas, distribución de aire localizada (con o sin control individual) y estratificación térmica. [2] La estratificación térmica es una de las características destacadas de los sistemas UFAD, que permite puntos de ajuste de termostato más altos en comparación con los sistemas aéreos tradicionales (OH). El perfil de carga de enfriamiento de UFAD es diferente de un sistema OH tradicional debido al impacto del piso elevado , particularmente el UFAD puede tener una carga máxima de enfriamiento más alta que la de los sistemas OH. Esto se debe a que el calor se obtiene de las penetraciones y los huecos del edificio dentro de la estructura misma. [3] UFAD tiene varias ventajas potenciales sobre los sistemas aéreos tradicionales, incluida la flexibilidad de diseño, mayor comodidad térmica y eficiencia de ventilación, [4] menor uso de energía en climas adecuados y costos del ciclo de vida. El UFAD se usa a menudo en edificios de oficinas , particularmente oficinas de planta abierta y altamente reconfigurables donde los pisos elevados son deseables para la gestión de cables. UFAD es apropiado para varios tipos de edificios diferentes, incluidos comerciales, escuelas, iglesias, aeropuertos, museos, bibliotecas, etc. [5] Los edificios notables que utilizan el sistema UFAD en América del Norte incluyen The New York Times Building , Bank of America Tower y San Francisco Federal Edificio . Se deben tomar consideraciones cuidadosas en la fase de construcción de los sistemas UFAD para asegurar un pleno bien sellado para evitar fugas de aire en los plenums de suministro de UFAD.
![Diagrama de la distribución del aire debajo del piso que muestra el aire fresco que se mueve a través del plenum del piso y se suministra a través de los difusores del piso y las rejillas de ventilación del escritorio. El aire caliente y viciado sale del techo.](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/c/c4/UfadOverview.png/350px-UfadOverview.png)
Descripción del sistema
Los sistemas UFAD se basan en unidades de tratamiento de aire para filtrar y acondicionar el aire a las condiciones de suministro adecuadas para que pueda ser entregado a la zona ocupada. Mientras que los sistemas aéreos suelen utilizar conductos para distribuir el aire, los sistemas UFAD utilizan el pleno del suelo formado por la instalación de un piso elevado . El pleno generalmente se encuentra a 0,3 y 0,46 metros (12 y 18 pulgadas ) por encima de la losa de hormigón estructural, aunque son posibles alturas más bajas. [6] [7] Se utilizan difusores de suelo especialmente diseñados como salidas de suministro. [8] La configuración de UFAD más común consiste en una unidad central de tratamiento de aire que entrega aire a través de un plenum presurizado y al espacio a través de difusores de piso. Otros enfoques pueden incorporar unidades terminales alimentadas por ventiladores en las salidas, conductos debajo del piso, ventilaciones de escritorio o conexiones a sistemas de control ambiental personal . [9]
Distribución y estratificación del aire UFAD
La estratificación térmica es el resultado de procesos que colocan el aire interno en capas de acuerdo con la densidad relativa. El estrato de aire resultante es un gradiente vertical con aire de alta densidad y más frío debajo y aire de baja densidad y más cálido arriba. [10] Debido al movimiento de convección natural del aire, la estratificación se usa predominantemente en condiciones de enfriamiento. [10]
Los sistemas UFAD capitalizan la estratificación natural que ocurre cuando el aire caliente se eleva debido a la flotabilidad térmica . En un diseño UFAD, el aire acondicionado permanece en la parte inferior ocupada de la habitación, mientras que las fuentes de calor, como los ocupantes y el equipo, generan columnas térmicas , que llevan el aire caliente y los contaminantes generados por la fuente de calor hacia el techo, donde se agotan a través del retorno. conductos de aire. [9] La estratificación de temperatura creada por el sistema UFAD tiene implicaciones para los puntos de ajuste del espacio. La mayor parte del cuerpo de un ocupante se encuentra en un área que es más fría que la temperatura a la altura del termostato; por lo tanto, la práctica actual recomienda aumentar los puntos de ajuste del termostato en comparación con los sistemas aéreos tradicionales. La estrategia de ventilación óptima controla las salidas de suministro para limitar la mezcla del aire de suministro con el aire de la habitación justo por debajo de la altura de respiración del espacio. Por encima de esta altura, se permite que ocurra aire estratificado y más contaminado. El aire que respira el ocupante tendrá una menor concentración de contaminantes en comparación con los sistemas convencionales de mezcla uniforme. [9]
El comportamiento teórico de los sistemas UFAD se basa en la teoría de la pluma para los sistemas DV . En comparación con los sistemas clásicos de ventilación por desplazamiento (DV) [10] que distribuyen aire a velocidades bajas, los sistemas UFAD típicos distribuyen aire a través de difusores de suelo con velocidades de aire de suministro más altas. Además de aumentar la cantidad de mezcla (y, por lo tanto, disminuir potencialmente el rendimiento de ventilación en comparación con los sistemas DV), estas condiciones de suministro de aire más potentes pueden tener un impacto significativo en la estratificación del aire de la habitación y el confort térmico en la zona ocupada. Por lo tanto, el control y la optimización de esta estratificación es crucial para el diseño y dimensionamiento del sistema, el funcionamiento con eficiencia energética y el rendimiento de confort de los sistemas UFAD. [11]
Muchos factores, incluida la altura del techo, las características del difusor, el número de difusores, la temperatura del aire de suministro, el caudal total, la carga de refrigeración y el modo de acondicionamiento, afectan la eficiencia de ventilación de los sistemas UFAD. [12] Se ha demostrado que los difusores de remolino y de panel de piso perforado crean una baja velocidad del aire en la zona ocupada, mientras que los difusores lineales crean la velocidad más alta en la zona ocupada, perturbando la estratificación térmica y presentando un riesgo potencial de corrientes de aire. [12] Además, los difusores de piso agregan un elemento de control personal al alcance del ocupante, ya que los usuarios pueden ajustar la cantidad de aire que entrega el difusor girando la parte superior del difusor.
Características de la aplicación
Carga de enfriamiento UFAD
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/2/2f/CoolingLoadUFADvsOH.png/350px-CoolingLoadUFADvsOH.png)
Los perfiles de carga de enfriamiento para los sistemas UFAD y los sistemas aéreos son diferentes, [13] principalmente debido al efecto de almacenamiento térmico de los paneles de piso elevado más livianos en comparación con la masa más pesada de una losa de piso estructural. La mera presencia del piso elevado reduce la capacidad de la losa para almacenar calor, lo que produce para el sistema con piso elevado cargas de enfriamiento máximas más altas en comparación con el sistema sin piso elevado. En el sistema OH, particularmente en las zonas perimetrales, parte de la ganancia de calor solar entrante se almacena en la losa del piso durante el día, lo que reduce las cargas de enfriamiento de la zona pico y se libera por la noche cuando el sistema está apagado. En un sistema UFAD, la presencia del piso elevado transforma la losa de piso masiva que absorbe la energía solar en un material más liviano, lo que lleva a cargas de enfriamiento de la zona pico relativamente más altas. [5] Un estudio de modelado basado en simulaciones EnergyPlus mostró que, en general, el UFAD tiene una carga máxima de enfriamiento un 19% más alta que una carga de enfriamiento aérea y el 22% y el 37% de la carga total de enfriamiento del UFAD de la zona va al pleno de suministro en el perímetro e interior, respectivamente. [14]
Center for the Built Environment desarrolló un nuevo índice de índice de carga de refrigeración UFAD (UCLR), que se define por la relación entre la carga máxima de refrigeración calculada para UFAD y la carga máxima de refrigeración calculada para un sistema bien mezclado, para calcular la carga de refrigeración UFAD para cada zona con la carga máxima de enfriamiento tradicional de un sistema aéreo (bien mezclado). El UCLR está determinado por el tipo de zona, el nivel del piso y la orientación de la zona. La fracción de plenum de suministro (SPF), la fracción de zona (ZF) y la fracción de plenum de retorno (RPF) se desarrollan de manera similar para calcular la carga de enfriamiento del plenum de suministro, la zona y el plenum de retorno. [13]
Herramientas de diseño UFAD para requisitos de flujo de aire de zona
Hay dos herramientas de diseño disponibles para determinar los requisitos de tasa de flujo de aire de la zona para el sistema UFAD, una se desarrolló en la Universidad de Purdue como parte del Proyecto de investigación ASHRAE (RP-1522). [15] El otro se desarrolló en el Centro para el Medio Ambiente Construido (CBE) de la Universidad de California Berkeley .
El Proyecto de Investigación ASHRAE (RP-1522) desarrolló una herramienta simplificada que predice la diferencia de temperatura vertical entre la cabeza y el tobillo de los ocupantes, la tasa de flujo de aire de suministro para una zona plenum, el número de difusores y la efectividad de la distribución del aire. La herramienta requiere que los usuarios especifiquen la carga de enfriamiento de la zona y la fracción de la carga de enfriamiento asignada al plenum debajo del piso. También requiere que los usuarios ingresen la temperatura del aire de suministro ya sea en el difusor o en el conducto, pero con la relación entre el caudal de la cámara y el caudal de suministro zonal. La herramienta permite a los usuarios seleccionar entre tres tipos de difusores y es aplicable a siete tipos de edificios, que incluyen oficinas, aulas, talleres, restaurantes, tiendas minoristas, salas de conferencias y auditorios. [9] [16]
La herramienta de diseño CBE UFAD basada en una extensa investigación es capaz de predecir la carga de enfriamiento para el sistema UFAD con la entrada de la carga de enfriamiento de diseño calculada para el mismo edificio con un sistema aéreo. También predice la tasa de flujo de aire, la estratificación de la temperatura ambiente y la ganancia de temperatura del pleno para las zonas interiores y perimetrales de un edificio de oficinas típico de varios pisos que utiliza el sistema UFAD. La herramienta CBE permite al usuario seleccionar entre cuatro configuraciones de plenum diferentes (serie, serie inversa, independiente y común) y tres difusores de piso (remolino, cuadrado y rejilla de barra lineal). Una versión en línea de la herramienta de diseño está disponible públicamente en Center for the Built Environment .
Aumento de la temperatura del aire del plenum
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El aumento de la temperatura del aire de suministro de la cámara impelente es el aumento del aire acondicionado debido a la ganancia de calor por convección a medida que viaja a través de la cámara de suministro debajo del piso desde la entrada de la cámara impelente a los difusores de piso. [17] Este fenómeno también se denomina decaimiento térmico. El aumento de la temperatura del aire de la cámara impelente se debe a que el aire de suministro frío entra en contacto con losa de concreto y el piso elevado más calientes que el aire. Según un estudio de modelado, el aumento de la temperatura del aire puede ser bastante significativo (hasta 5 ° C o 9 ° F) y, posteriormente, en comparación con un caso UFAD simulado idealizado sin aumento de la temperatura del aire, las temperaturas elevadas del aire del difusor pueden conducir a un mayor suministro tasa de flujo de aire y mayor consumo de energía de ventiladores y enfriadores. El mismo estudio encontró que el aumento de la temperatura del aire en verano es mayor que en invierno y también depende del clima. [17] La planta baja con una losa a nivel tiene menos aumento de temperatura en comparación con los pisos intermedios y superiores, y un aumento de la temperatura del aire de suministro provoca una disminución en el aumento de temperatura. El aumento de temperatura no se ve afectado significativamente por la orientación de la zona del perímetro, la ganancia de calor interno y la relación ventana-pared. [17] El aumento de la temperatura del aire de la cámara de suministro, por lo tanto, tiene implicaciones en el potencial de ahorro de energía de los sistemas UFAD y su capacidad para cumplir con los requisitos de refrigeración con temperaturas de suministro superiores a las de los sistemas aéreos convencionales. La investigación actual sugiere que tanto el rendimiento energético como el térmico se pueden mejorar en los sistemas UFAD mediante la conducción de aire a las zonas del perímetro donde las cargas tienden a ser mayores. [17] Sin embargo, los críticos sugieren que tales conductos por debajo del piso reducen el beneficio de tener un espacio pleno de baja presión, además de agregar complicaciones de diseño e instalación al colocar conductos entre los pedestales de baldosas.
Fuga de aire en plenums UFAD
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![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/5/5c/UfadLeakageGood.png/300px-UfadLeakageGood.png)
Las fugas en las cámaras de suministro de UFAD pueden ser una de las principales causas de ineficiencia en un sistema de UFAD. Hay dos tipos de fugas: fugas en el espacio y fugas en vías que eluden el espacio. La primera categoría de fugas no resulta en una penalización de energía porque el aire está llegando a la zona que se pretende enfriar. La segunda categoría de fugas aumenta la energía del ventilador para mantener una presión de cámara constante, lo que resulta en un mayor uso de energía. Se debe prestar una atención cuidadosa en la fase de construcción de los sistemas UFAD para garantizar un pleno bien sellado. [9]
UFAD y energía
La evaluación energética de los sistemas UFAD es un problema que no está completamente resuelto, lo que ha dado lugar a numerosos proyectos de investigación dentro de la comunidad de la ciencia de la construcción y la ingeniería mecánica. Los defensores del UFAD apuntan a las menores presiones del ventilador necesarias para suministrar aire en un edificio a través del pleno en comparación con los conductos. Las presiones típicas del pleno son de 25 pascales (0,0036 psi ) (0,1 pulgada de columna de agua) o menos. [9] Las mejoras en la eficiencia del sistema de enfriamiento inherentes a la operación a temperaturas más altas ahorran energía, y las temperaturas del aire de suministro relativamente más altas permiten períodos más largos de operación del economizador . Sin embargo, una estrategia de economización depende en gran medida del clima y requiere un control cuidadoso de la humedad para evitar la condensación . [9] Los críticos, por otro lado, citan la escasez de investigación y pruebas rigurosas para tener en cuenta las variaciones en el clima, el diseño del sistema, el confort térmico y la calidad del aire para cuestionar si UFAD es capaz de ofrecer una eficiencia energética mejorada en la práctica. Las limitadas herramientas de simulación, la escasez de estándares de diseño y la relativa escasez de proyectos ejemplares agravan estos problemas. [18] [19]
Aplicaciones
La distribución de aire por suelo radiante se utiliza con frecuencia en edificios de oficinas , en particular oficinas de planta abierta y altamente reconfigurables, donde los suelos elevados son deseables para la gestión de cables. UFAD también es común en centros de comando , centros de datos de TI y salas de servidores que tienen grandes cargas de enfriamiento de equipos electrónicos y requisitos para enrutar cables de datos y energía. La Guía de diseño de distribución de aire por suelo radiante de ASHRAE sugiere que cualquier edificio que considere un piso elevado para la distribución de cables debe considerar UFAD. [9]
Se deben tener en cuenta consideraciones de espacio específicas cuando se utilizan sistemas UFAD en laboratorios debido a sus requisitos críticos de presurización de la sala y la posible migración de productos químicos al pleno del piso de acceso debido a derrames. Los sistemas UFAD no se recomiendan en algunas instalaciones o espacios específicos, como pequeños edificios no residenciales, espacios húmedos como baños y áreas de piscinas, cocinas y comedores y gimnasios, porque UFAD puede resultar en un diseño especialmente difícil o costoso. Los sistemas UFAD también se pueden usar con otros sistemas HVAC, como ventilación por desplazamiento, sistemas de distribución de aire aéreos, techos radiantes o sistemas de vigas frías para obtener un mejor rendimiento. [9]
UFAD en comparación con otros sistemas de distribución
Sobrecarga (mezcla)
Los sistemas de mezcla aéreos convencionales generalmente ubican los conductos de aire de suministro y de retorno al nivel del techo. El suministro de aire se suministra a velocidades más altas que las típicamente aceptables para la comodidad humana y la temperatura del aire puede ser más baja, más alta o la misma que la temperatura ambiente deseada dependiendo de la carga de refrigeración / calefacción. Los chorros de aire turbulentos de alta velocidad se mezclan con el aire de la habitación.
Un sistema UFAD bien diseñado tiene varias ventajas potenciales sobre los sistemas aéreos tradicionales, como flexibilidad de diseño, comodidad térmica mejorada, eficiencia de ventilación mejorada y calidad del aire interior, eficiencia energética mejorada en climas adecuados y costos de ciclo de vida reducidos. [17] [20]
Ventilación por desplazamiento
Los sistemas de ventilación por desplazamiento (DV) funcionan con principios similares a los de los sistemas UFAD. Los sistemas DV suministran aire frío al espacio acondicionado en o cerca del nivel del piso y devuelven el aire al nivel del techo. Esto funciona mediante la utilización de la flotabilidad natural del aire caliente y las columnas térmicas generadas por las fuentes de calor a medida que el aire más frío llega desde las elevaciones más bajas. Si bien es similar, el UFAD tiende a fomentar una mayor mezcla dentro de la zona ocupada y proporciona un suministro de aire local, lo que le permite aumentar el movimiento del aire en el espacio y evitar la sensación de condiciones de aire estancado, a menudo asociadas con una mala calidad del aire. Las principales diferencias prácticas son que en UFAD, el aire se suministra a mayor velocidad a través de salidas de suministro de menor tamaño que en DV, y las salidas de suministro suelen estar controladas por los ocupantes. [9]
Lista de edificios notables que utilizan sistemas UFAD
Estructura | Año | País | Ciudad | Arquitectos | Coordenadas |
---|---|---|---|---|---|
Torre del Bank of America | 2009 | Nueva York | Nueva York | Cook + Fox Architects | 40 ° 45′20.6 ″ N 73 ° 59′2.81 ″ W / 40.755722 ° N 73.9841139 ° W / 40.755722; -73.9841139 |
Centro David Brower | 2009 | California | Berkeley | Solomon ETC-WRT | 37 ° 52′10.97 ″ N 122 ° 15′58.53 ″ W / 37.8697139 ° N 122.2662583 ° W / 37.8697139; -122.2662583 |
Edificio Federal de San Francisco | 2007 | California | San Francisco | Morfosis | 37 ° 46′47.09 ″ N 122 ° 24′44.13 ″ O / 37.7797472 ° N 122.4122583 ° W / 37.7797472; -122.4122583 |
Servicio de ingresos internos | 2007 | mes | ciudad de Kansas | BNIM | 39 ° 5′11.30 ″ N 94 ° 35′2.35 ″ W / 39.0864722 ° N 94.5839861 ° W / 39.0864722; -94.5839861 |
Edificio del New York Times | 2007 | Nueva York | Nueva York | Taller de construcción de Renzo Piano | 40 ° 45′23.42 ″ N 73 ° 59′25.15 ″ W / 40,7565056 ° N 73,9903194 ° W / 40.7565056; -73.9903194 |
Sede del Distrito 7 de Caltrans | 2005 | California | los Angeles | Thom Mayne | 34 ° 3′21.75 ″ N 118 ° 14′40.47 ″ W / 34.0560417 ° N 118.2445750 ° W / 34.0560417; -118.2445750 |
Sede de CalPERS | 2005 | California | Sacramento | Pickard Chilton Architects | 38 ° 34′33.51 ″ N 121 ° 30′17.65 ″ W / 38.5759750 ° N 121.5049028 ° W / 38.5759750; -121.5049028 |
Plaza de la fundición | 2005 | California | San Francisco | Studios Architecture et al. | 37 ° 47′24.54 ″ N 122 ° 23′49.02 ″ W / 37.7901500 ° N 122.3969500 ° W / 37.7901500; -122.3969500 |
Robert E. Coyle Palacio de Justicia de los Estados Unidos | 2005 | California | Fresno | Moore Ruble Yudell, Gruen Associates | 36 ° 44′16 ″ N 119 ° 47′02 ″ O / 36.7377 ° N 119.7838 ° W / 36,7377; -119.7838Coordenadas : 36 ° 44′16 ″ N 119 ° 47′02 ″ O / 36.7377 ° N 119.7838 ° W / 36,7377; -119.7838 |
Sede de Visteon | 2004 | MI | Municipio de Van Buren | SmithGroup JJR | 42 ° 14′39.61 ″ N 83 ° 25′58.53 ″ W / 42.2443361 ° N 83.4329250 ° W / 42.2443361; -83.4329250 |
Centro Ray y Maria Stata | 2003 | MAMÁ | Bostón | Frank Gehry | 42 ° 21′43.35 ″ N 71 ° 5′23.26 ″ W / 42,3620417 ° N 71,0897944 ° W / 42.3620417; -71.0897944 |
Fundación Hewlett | 2002 | California | Menlo Park | BH Bocook, arquitectos, Inc. | 37 ° 25′30.87 ″ N 122 ° 11′38.04 ″ W / 37.4252417 ° N 122.1939000 ° W / 37.4252417; -122.1939000 |
Palacio de espectáculos de Bellagio | 1998 | Nevada | Paraíso | Will Bruder | 36 ° 6′45.10 ″ N 115 ° 10′33.41 ″ W / 36.1125278 ° N 115.1759472 ° W / 36.1125278; -115.1759472 |
Biblioteca Pública de Phoenix | 1995 | Arizona | Fénix | Will Bruder | 33 ° 28′17.71 ″ N 112 ° 4′23.84 ″ W / 33.4715861 ° N 112.0732889 ° W / 33.4715861; -112.0732889 |
tienda Apple | 1993 | California | San Francisco | Bohlin Cywinski Jackson | 37 ° 47′10.16 ″ N 122 ° 24′22.57 ″ W / 37.7861556 ° N 122.4062694 ° W / 37.7861556; -122.4062694 |
Sede de Taco Bell | 2009 | California | Irvine | Arquitectos LPA | 33 ° 39′26 ″ N 117 ° 44′49 ″ O / 33.6571981 ° N 117.7469452 ° W / 33.6571981; -117.7469452 |
Torre del río Pearl | 2011 | porcelana | Guangzhou | SOM y AS + GG | 23 ° 7′36.3 ″ N 113 ° 19′3.36 ″ E / 23.126750 ° N 113.3176000 ° E / 23.126750; 113.3176000 |
Torre hidroeléctrica de Manitoba | 2009 | Canadá | Winnipeg , MB | Kuwabara Payne McKenna Blumberg | 49 ° 53′33,99 ″ N 97 ° 8′46,70 ″ O / 49.8927750 ° N 97.1463056 ° W / 49.8927750; -97.1463056 |
Biblioteca Pública de Vancouver | 1995 | Canadá | Vancouver , BC | Moshe Safdie y DA arquitectos | 49 ° 16′44.72 ″ N 123 ° 6′57.68 ″ W / 49.2790889 ° N 123.1160222 ° W / 49.2790889; -123.1160222 |
Torre de Salesforce | 2017 | California | San Francisco | Pelli Clarke Pelli Architects | 37 ° 47′23.64 ″ N 122 ° 23′48.84 ″ O / 37.7899000 ° N 122.3969000 ° W / 37,7899000; -122.3969000 |
Referencias
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enlaces externos
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- El Centro para el Medio Ambiente Construido (CBE), Universidad de California, Berkeley. http://www.cbe.berkeley.edu/
Los grupos profesionales y comerciales que proporcionan financiación para la investigación y publican estándares o guías sobre los sistemas UFAD incluyen:
- Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) http://www.ashrae.org/
- Instituto de Tecnología de Refrigeración y Aire Acondicionado (ARTI)
- El Instituto de Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración (AHRI) http://www.ahrinet.org/