Decodificación del proceso, métodos y estándares de diseño de conductos

Hoy en día, uno de los objetivos importantes en el diseño de ingeniería MEP para los ingenieros de diseño de HVAC es mejorar la eficiencia energética, mantener la calidad del aire y el confort térmico. La eficiencia energética, la calidad del aire y el confort en un edificio dependen de cómo se diseñen los sistemas de calefacción, refrigeración y distribución de aire, y aquí es donde el diseño cuidadoso de los conductos juega un papel importante. El diseño del sistema de conductos y HVAC es importante ya que garantiza la calidad del aire interior, el confort térmico y la ventilación. Si el sistema de HVAC y los conductos no están diseñados con precisión, podría provocar una mala calidad del aire, pérdida de calor y hacer que el espacio acondicionado en el edificio sea incómodo.

La función principal del sistema de diseño de conductos es garantizar que se proporcione un canal menos molesto a través del cual pueda viajar el aire frío y caliente. Cuando se diseñan con precisión, los sistemas de distribución de aire HVAC desempeñarán un papel importante para contrarrestar las pérdidas de energía térmica, mantener la calidad del aire interior (IAQ) y proporcionar confort térmico.

Para comprender cómo se pueden diseñar los conductos de una manera rentable y eficiente, este artículo decodifica el diseño de los conductos y proporciona un breve resumen del proceso de diseño, los métodos y las normas.

¿Qué son los conductos?

El principio básico del diseño de conductos es calentar, enfriar o ventilar un edificio de la manera más eficiente y rentable. La función principal de los conductos es diseñar conductos o pasajes que permitan el flujo de aire para proporcionar calefacción, refrigeración, ventilación y aire acondicionado (HVAC).

En el proceso de diseño de conductos, se deben comprender los conceptos básicos del flujo de aire. El aire de retorno entra en una unidad de tratamiento de aire (AHU), a través de un filtro y en el soplador y con presión pasa a través del serpentín A o intercambiador de calor y luego sale al sistema de suministro de aire. Si la red de conductos está diseñada correctamente, permite que la UTA produzca la cantidad correcta de aire a través del intercambiador de calor. En un sistema de distribución de aire típico, los conductos deben acomodar el flujo de aire de suministro, retorno y escape. Los conductos de suministro proporcionan el aire necesario para el aire acondicionado y la ventilación, los conductos de retorno proporcionan aire regulado para mantener el IAQ y la temperatura y los sistemas de flujo de aire de escape proporcionan ventilación.

Para que el diseño de conductos sea eficiente, los equipos de diseño de ingeniería de MEP deben tener diseñadores con experiencia en mecánica y ingeniería. Los especialistas en diseño de conductos o los ingenieros de servicios de construcción también deben poseer un conocimiento profundo de otras disciplinas, como conceptos arquitectónicos, civiles y estructurales, para garantizar que los sistemas HVAC estén libres de choques.

El proceso de diseño de conductos

El proceso de diseño del sistema de conductos es simple, siempre que se mencionen claramente las especificaciones y se proporcionen las entradas con respecto a la aplicación, la actividad, la orientación del edificio y el material de construcción. Basándose en la información proporcionada, los cálculos se pueden completar para crear un diseño de bajo consumo energético y libre de choques. Por lo general, los sistemas de distribución y aire acondicionado están diseñados para cumplir con tres requisitos principales, tales como:

• Debe entregar flujo de aire a tasas y velocidades específicas a las ubicaciones estipuladas.

• Debe ser energéticamente eficiente y rentable.

• Debe brindar comodidad y no generar molestias ni ruidos desagradables.

El proceso de diseño de conductos comienza una vez que el cliente o los consultores de MEP proporcionan los diseños arquitectónicos y los planos de diseño de interiores. Luego, los ingenieros de servicio de edificios requieren requisitos de especificación como la aplicación, el número de personas, la orientación del edificio y las características arquitectónicas para realizar cálculos sobre la carga de calor y el flujo de aire. Antes de realizar cualquier cálculo, se redactan dibujos de una sola línea para mostrar el flujo de los conductos en el edificio. Una vez aprobados, se realizan los cálculos de carga térmica y flujo de aire. Una vez que se completan los cálculos de carga de calor, se conocen los caudales de aire necesarios y se fijan las salidas de aire. Con los cálculos, especificaciones y distribución, la distribución del diseño del sistema de conductos se diseña teniendo en cuenta los detalles arquitectónicos y estructurales del espacio acondicionado y los choques con otros servicios del edificio, como los servicios eléctricos, de plomería (hidráulicos) y mecánicos.

Para iniciar el proceso de diseño de la red de conductos, se requieren entradas con respecto a los detalles sobre el tipo de aplicación, los requisitos de especificación, la orientación del edificio, las características arquitectónicas y el material.

• Tipo de aplicacion – El diseño de los conductos variará según el tipo de aplicación para la que se utilizará el edificio, como fabricación, centros de datos, aplicaciones médicas, investigación científica y aplicaciones de confort como restaurantes, oficinas, residencias, edificios institucionales como escuelas y universidades.

• Requisito de especificación – Para crear un diseño de conducto eficiente, los diseñadores deben saber qué tipo de actividad se llevará a cabo y el número promedio de personas que utilizarán el espacio acondicionado. Esto ayudará a calcular el flujo de aire, la velocidad y la carga de calor necesarios para mantener las temperaturas y la IAQ. En aplicaciones de confort, por ejemplo, una oficina o un restaurante requerirán un diseño de conductos y una velocidad del aire diferentes a los de una residencia.

• Orientación y material del edificio – La orientación del edificio y el material utilizado juega un papel clave en la medición de la absorción de calor, lo que ayudará a determinar los requisitos de refrigeración y ventilación. En función de si un edificio está orientado hacia el norte, sur, este u oeste, y dónde está ubicado geográficamente, se puede calcular la absorción de calor. El tipo de material utilizado para la construcción también afecta la cantidad de pérdida y ganancia de calor del edificio.

Los desafíos de las entradas incompletas o la falta de disponibilidad de las entradas requeridas se discuten en un próximo artículo sobre Desafíos y recomendaciones de diseño de conductos.

Métodos de diseño de conductos

Los métodos de diseño de conductos generalmente se determinan en función del costo, los requisitos, las especificaciones y los estándares de eficiencia energética. Con base en la carga del conducto de la presión del aire, los sistemas de conductos se pueden clasificar típicamente en sistemas de alta velocidad, velocidad media y baja velocidad. Hay tres métodos de uso común para el diseño de conductos:

1. Método de velocidad constante – Este método, diseñado para mantener una velocidad mínima, es una de las formas más sencillas de diseñar sistemas de conductos para conductos de aire de suministro y retorno. Sin embargo, se requiere experiencia para usar este método, ya que la selección incorrecta de velocidades, tamaños de conductos y elección de accesorios podría aumentar el costo. Además, para mantener la misma tasa de caída de presión en los conductos, este método requiere el cierre parcial de los amortiguadores en los conductos (excepto el índice), lo que podría afectar la eficiencia.

2. Método de igual fricción – Este método convencional que se utiliza tanto para los conductos de suministro como para los de retorno mantiene la misma caída de presión por fricción en los conductos principales y secundarios. Este método asegura la disipación de las caídas de presión como fricción en los conductos en lugar de equilibrar los amortiguadores. Sin embargo, al igual que el método de la velocidad, se requiere el cierre parcial de los amortiguadores y esto podría conducir a la generación de ruido.

3. Método de recuperación estática – Este método comúnmente utilizado para grandes sistemas de suministro con conductos largos es un sistema de alta velocidad que mantiene una presión estática constante antes de cada rama o terminal. Si bien este es un sistema equilibrado, ya que no implica amortiguación, los conductos más largos pueden afectar la distribución del aire a los espacios acondicionados.

Si bien los diferentes métodos de diseño de conductos utilizados varían de una aplicación a otra, es necesario considerar el rendimiento del sistema de conductos y el equilibrio y optimización del sistema. Una vez instalada la unidad de tratamiento de aire (AHU), el sistema debe equilibrarse y optimizarse para mejorar el rendimiento. En el equilibrio y la optimización del sistema, se miden las tasas de flujo de aire de las salidas de aire de suministro y las entradas de aire de retorno, y se ajustan las compuertas y la velocidad del ventilador. Especialmente en edificios grandes, equilibrar los sistemas de aire acondicionado puede ser costoso y llevar mucho tiempo, pero es necesario ya que proporciona beneficios que superan el costo incurrido en la instalación del sistema. Para minimizar el costo total y operativo, se utilizan muchos métodos de optimización, como la Optimización del método T que se describe en el Manual de aplicación DA3 de AIRAH (Instituto Australiano de Aire Acondicionado de Refrigeración).

Para diseñar sistemas de distribución de aire que sean energéticamente eficientes y rentables, los diseños de sistemas HVAC deben incluir pautas básicas de ingeniería y cumplir con ciertos estándares de diseño. Consideremos algunas de las pautas y estándares utilizados en la industria en diferentes países.

Estándares de diseño de conductos

Al diseñar sistemas de aire acondicionado, Ingenieros de diseño de HVAC debe conocer los métodos básicos, las pautas y las normas aplicables, desde el tipo de unidades utilizadas, los cálculos necesarios, los métodos de construcción, el tipo de material, los diseños del sistema de conductos, las pérdidas de presión, las fugas de los conductos, las consideraciones de ruido hasta la optimización mediante pruebas, ajustes y equilibrio (TAB). A continuación se enumeran algunas de las organizaciones y asociaciones de estándares en los EE. UU., Reino Unido, Australia e India, que proporcionan manuales, códigos y estándares para la industria de HVAC.

nosotros

• SMACNA (Asociación Nacional de Contratistas de Chapa Metálica y Aire Acondicionado): proporciona un manual sobre el diseño de conductos de sistemas HVAC que incluye métodos y procedimientos básicos pero fundamentales con importancia para la eficiencia y la conservación de la energía. Si bien el manual no incluye cálculos de carga y cantidades de ventilación de aire, generalmente se usa junto con el Manual de fundamentos de ASHRAE.

• ASHRAE (Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado): es una asociación que enfatiza la sustentabilidad de los sistemas de construcción al enfocarse en la eficiencia energética y la calidad del aire interior. El manual de ASHRAE es una guía de cuatro volúmenes que proporciona los fundamentos de refrigeración, aplicaciones, sistemas y equipos. Actualizado cada cuatro años, el manual incluye unidades de medida internacionales como SI (sistemas internacionales) e IP (pulgada-libra).

Reino Unido

• CIBSE (Institución colegiada de ingenieros de servicios de construcción): es la autoridad en el Reino Unido que establece los estándares para los sistemas de ingeniería de servicios de construcción. Los Códigos y Lineamientos publicados por CIBSE son reconocidos internacionalmente y considerados como los criterios para las mejores prácticas en las áreas de sustentabilidad, construcción e ingeniería.

• BSRIA (Building Services Research and Information Association): es una asociación que brinda servicios que ayudan a las empresas a mejorar sus diseños para aumentar la eficiencia energética en cumplimiento de las regulaciones de construcción, pruebas de maquetas de sistemas y soporte BIM.

Australia

• AIRAH (Instituto Australiano de Aire Acondicionado de Refrigeración): proporciona manuales técnicos para profesionales de la industria de HVAC e información que abarca desde estimación de carga de aire acondicionado, conductos para aire acondicionado, dimensionamiento de tuberías, bombas centrífugas, control de ruido, ventiladores, filtros de aire, torres de refrigeración. , tratamiento de aguas, mantenimiento, calidad del aire interior y comisión de obra.

India

• BIS (Oficina de Normas de la India): es una autoridad nacional que proporciona normas y directrices según la Organización Internacional de Normalización (ISO). Los manuales de BIS estipulan el código de prácticas aplicable a la industria HVAC, como el código de seguridad para el aire acondicionado, la especificación para conductos de aire, termostatos para uso en acondicionadores de aire, conductos metálicos, intercambiadores de calor refrigerados por aire y datos para condiciones de diseño exterior para aire acondicionado para ciudades indias

• ISHRAE (Sociedad India de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado): proporciona estándares de calidad ambiental interior y pautas de prueba y calificación basadas en estándares y criterios de parámetros comunes de IEQ para la clasificación de edificios basados ​​en la eficiencia energética.

Si bien los ingenieros de diseño de HVAC deben tener en cuenta los estándares relevantes y asegurarse de que se apliquen los códigos locales en los diseños, la eficiencia energética también es un objetivo principal. El diseño de los conductos juega un papel importante en la regulación de la calidad del aire interior, el confort térmico y la ventilación. La función clave del diseño de los conductos es proporcionar el canal menos molesto a través del cual el aire frío y caliente pueda viajar de la manera más eficiente y rentable.

Los diseños de conductos inexactos podrían resultar en una mala calidad del aire interior, pérdida de calor y un espacio acondicionado incómodo en el edificio. Un sistema HVAC de aire acondicionado bien diseñado optimizará en última instancia los costos. Al regular la pérdida de presión, seleccionar el tamaño de conducto correcto, equilibrar la presión del aire y controlar la acústica, los diseñadores de conductos podrían optimizar los costos de fabricación, operativos, ambientales y de puesta en marcha.

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