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Techos Radiantes/ Vigas Frías

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La tecnología empleada en las vigas frías le brinda a los ejecutivos de un edificio o negocio la oportunidad de ahorrar energía, reducir el ruido mecánico y mejorar la calidad del aire interior en proyectos de renovación y de nueva construcción. Las vigas frías pueden ahorrar hasta un 17% en la energía de refrigeración y hasta un 25% en energía de ventilación. Mientras que esta tecnología se ha utilizado en espacios comerciales en Europa por mas de una década, esta tecnología esta comenzando a adoptarse en EUA y muy poco se ha hecho en Latino America.


Las vigas frías no son elementos estructurales del edificio. Son componentes hidronios del sistema de CVAC que circulan agua fría o caliente y son diseñados para inducir un flujo de aire en el cuarto para calentar o enfriar un espacio. Las vigas frías toman su nombre de su forma alargada y delgada.

Existen dos tipos de vigas frías: pasivas y activas. Una viga fría pasiva es simplemente un contenedor con una espiral refrigerante dentro. Agua fría entre 15 y 17 grados centígrados circula a través de la espiral. El aire frío resultante- mas denso que el aire caliente de los alrededores- fluye hacia abajo del espacio. Esta constante y gentil circulación es causada por convección natural.


La viga fría activa requiere una provisión directa de aire. El aire primario es introducido en la viga por medio de boquillas de alta velocidad que inducen al aire caliente a fluir hacia arriba dentro de la viga y regresar al cuarto a través de ranuras difusoras. Las vigas frías activas proporcionan un control efectivo de la humedad vía el aire primario proporcionado a través de las vigas.

Ni las vigas activas ni las pasivas tienen partes móviles por lo cual tienen una larga vida útil y un bajo costo de mantenimiento. Las vigas frías pueden ser parte de un sistema primario de aire de volumen constante. También pueden controlarse al regular o al aislar el flujo de agua a través de las vigas. En cualquier caso, es importante establecer de manera apropiada la relación entre la temperatura y la humedad en el espacio y el agua fría entregada a la viga.


Esta tecnología fue utilizada recientemente en una renovación interior en un edificio de una de las universidades más grandes de Massachusetts el cual incluye 17 salones de lectura. El sistema mecánico del edificio solo tenia 3 años de antigüedad cuando se realizo la instalación de un nuevo salón audiovisual el equipo de presentación requería de una extensa mejora del sistema de CVAC y los sistemas eléctricos.

Numerosos análisis de la ocupación de los salones y escenarios de carga fueron estudiados y se completaron encuestas detalladas del sitio. El ejecutivo a cargo del edificio selecciono la tecnología de vigas frías por que le permite al sistema de enfriamiento existente el ser reutilizado y suplementado para acomodar las cargas térmicas más grandes generadas el nuevo equipo adquirido.

La tecnología de vigas fría no solo ha probado ser mas energéticamente eficiente que otros sistemas convencionales, si no que también reduce el costo del uso de hojas metálicas ya que elimina la necesidad de una gran cantidad de ducteria. Basado en el sistema que se utilice, se puede requerir menos de la mitad de ducteria a comparación con los sistemas convencionales. Adicionalmente, esta tecnología utiliza agua mas calida (15 a 17 grados) que los sistemas convencionales (6 a 7 grados), ahorrando dinero y energía. También, las vigas frías, pueden combinarse con la mayoría de los diseños de techos o pueden instalarse justo por encima de estos para ocultarlas.

Mientras este tipo de sistemas esta virtualmente libre de mantenimiento, uno de sus mayores retos es une requiere un control de humedad preciso para evitar la condensación. El control de la condensación es importante para cualquier sistema de vigas frías, especialmente en edificios con ventilación natural o con una programación de desocupación durante las noches y fines de semana el cual debe regresar al modo de encendido durante la mañana. Aun mas, las vigas frías deben localizarse apropiadamente cuando estas se utilizan en combinación con difusores convencionales así el patrón de distribución de las vigas no se vera influenciado por los difusores.


Los fabricantes están ofreciendo unidades multipropósito. Estas son unidades únicas que incluyen luminarias, aspersores, espirales de enfriamiento y las vigas frías. Al combinar todos estos elementos en una sola unidad se ofrece una instalación simple y ahorra costos de mano de obra.


¿Como funcionan?


Los edificios con techos radiantes, también conocidos como vigas frías, incorporan tubos en los techos de los edificios a través de los cuales fluye agua fría. El tubo se recuesta sobre de la superficie del techo o en paneles y enfría el cuarto vía convección natural y transferencia de calor radiante (ver figura 1). La tecnología a existido durante mas de 50 anos; sin embargo, la condensación ocasionaba que se la humedad se acumulara en las superficies frías, provocando que los materiales del techo fallaran y crearán condiciones favorables para el crecimiento biológico. Los sistemas actuales casi siempre requieren de sistemas de aire exterior y sellos muy fuertes para poder evitar la humedad.

En los edificios comerciales, la estrategia para evitar la condensación en los paneles radiantes es de manera muy directa. Un sistema separado mantiene el punto de condensación en el espacio por debajo de la temperatura de los paneles radiantes. En la mayoría de los casos, la fuente predomínate de humedad es la contenida en el aire de ventilación. Por lo tanto una opción para manejar las cargas de humedad de manera separada de los techos fríos es deshumidificar el aire de entrada antes de introducirse al espacio. El reporte del departamento de energía de EUA indica que con un buen control del punto de condensación, los paneles enfriados pueden prácticamente olvidarse (con respecto a la formación de condensación) durante incrementos inesperados, tales como incrementos en la ocupación del lugar, incremento en la humedad y en el punto de condensación.



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Figura 1. Principio de trabajo de vigas frías.


Un sistema de vigas frías entrega directamente enfriamiento sensible a los espacios, desacoplando la máxima entrega de aire de la carga de enfriamiento y reduciendo la energía consumida por el ventilador de ventilación. Comúnmente la capacidad de enfriamiento de forma radiante y por convención natural de las vigas frías es comparable, con las capacidades de enfriamiento combinadas se tiene una capacidad suficiente para atacar las cargas de calor sensible con aproximadamente un 50% del área del techo cubierta por paneles enfriados (para una carga en el orden de 16Btu/hr-ft2). Con el enfriamiento sensible separado de la ventilación, la ventilación puede proporcionarse conforme se necesite para cumplir los requerimientos de ventilación. Los paneles radiantes requieren del uso de sistemas de deshumidificacion del aire exterior, una aproximación, quizá no única a los paneles radiantes, también reduce el consumo de la energía de ventilación. Además, dado que los paneles radiantes deben operar a mayores temperaturas para evitar la condensación, evitan el incremento del ciclo de compresión de vapor, mejorando el ciclo COP. Finalmente, la transferencia de calor por radiación entrega frío directamente a los ocupantes, lo cal puede permitir el tener una temperatura en la habitación un poco mayor, disminuyendo las cargas de enfriamiento.

Desempeño


Las vigas frías o paneles de enfriamiento pueden reducir el consumo de energía de refrigeración y ventilación en un 25-30%.


Para vigas pasivas, la capacidad de enfriamiento típica se divide de igual manera entre radiación y convención natural. Por ejemplo, Las unidades Frenger tienen una capacidad dividida de 40/60% radiación/convención, con una densidad de hasta 150W/m2 de refrigeración. Las unidades activas pueden entregar entre 25 y 250Ww/m2 y alcanzar una reducción del 17% de la potencia de ventilación. Cada unidad puede controlarse independientemente lo cual propicia el control por zonas.


Uno de los mecanismos básicos para ahorrar energía es la habilidad de operar con agua enfriada a más altas temperaturas, permitiendo que la temperatura del evaporador sea más alta. Los paneles fríos utilizan regularmente 15 grados centígrados en lugar de 13 o 14.


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