Los sistemas de volumen de aire variable (VAV) son los tipos más utilizados de sistemas de aire HVAC para proyectos de construcción comercial de mediano y gran tamaño (proyectos mayores de 10,000 pies2) porque los sistemas VAV son flexibles, eficientes en energía y proporcionan un entorno interior cómodo. Los sistemas VAV entregan un flujo de aire de suministro variable a una temperatura constante (típicamente 55 ° F) a través del conducto de aire primario a múltiples unidades de terminal VAV, cada una de las cuales sirve a una zona de temperatura separada. Cada unidad de terminal VAV contiene un amortiguador operado con motor que modula el flujo de aire primario a la zona, un sensor de flujo de aire de entrada y, en algunos casos, una bobina de calefacción y un pequeño ventilador de aire recirculante.
El flujo de aire de suministro de la unidad de manejo de aire VAV normalmente se modula para mantener una presión estática constante dentro del sistema de conductos de aire primarios. Esto se mide mediante un sensor de presión estática del conducto, que generalmente se encuentra dos tercios en el camino del sistema de conductos de aire primario. La modulación de los traclcs de flujo de aire de suministro con las necesidades de las unidades VAV TUFERUTL; Es decir, a medida que más amortiguadores de aire primarios en las unidades de terminal VAV se abren para suministrar más aire a las zonas, la presión estática en el sistema de conductos de aire primario disminuye y la velocidad del ventilador en la unidad de manejo de aire VAV aumenta para aumentar el flujo de aire de suministro entregado por la unidad de manejo de aire VAV para restaurar la presión estática en el sistema de conductos. Por el contrario, a medida que se cierran los amortiguadores de aire primarios, la presión estática del conducto de aire primario aumenta y la velocidad del ventilador en la unidad de manejo de aire VAV disminuye para disminuir el flujo de aire de suministro entregado por la unidad de manejo de aire VAV para compensar.
La unidad de manejo de aire para un sistema VAV es la misma que se requeriría para un Sistema Cav Con la excepción de que existe un medio para modular el flujo de aire de suministro entregado por la unidad. La forma más común de modular el flujo de aire de suministro de la unidad es controlando la frecuencia de la señal enviada al motor del ventilador de suministro a través de una unidad de frecuencia variable (VFD).
La velocidad de un motor de corriente alterna (CA) es directamente proporcional a la frecuencia de la señal de entrada al motor. Por lo tanto, a medida que se reduce la frecuencia de la señal de salida VFD al motor, se reduce la velocidad del motor y también se reduce el flujo de aire de suministro. Lo contrario es cierto a medida que aumenta la frecuencia de la señal de salida VFD al motor. La frecuencia máxima recomendada de la señal de salida VFD es la de la frecuencia de entrada de la línea VFD, o 60 Hz. El motor del ventilador de suministros funcionará a toda velocidad cuando reciba una señal de salida VFD de 60 Hz. Los VFD pueden entregar frecuencias superiores a 60 Hz, pero esto hace que el motor del ventilador funcione por encima de sus amplificadores de carga de funcionamiento nominal [es decir, el motor funciona en su rango de factor de servicio (típicamente entre 100 y 115% de los amplificadores de carga de ejecución nominal), lo que no se recomienda].
Se debe tener cuidado al diseñar sistemas VAV que utilizan bobinas de refrigerante DX para enfriamiento. A menos que el sistema de refrigeración esté equipado con una capacidad adecuada para descargar la capacidad del sistema de refrigeración, la congelación de la bobina de enfriamiento de refrigerante DX podría ocurrir en condiciones de bajo flujo de aire. La descarga del sistema de refrigeración, el control adecuado de la temperatura del aire de descarga y la incorporación de un VFD en el gabinete de la unidad son todos los problemas que los fabricantes de equipos de HVAC han resuelto recientemente para que el equipo DX tenga capacidades de menos de 25 toneladas. Los fabricantes de equipos de HVAC ahora ofrecen operación VAV para sistemas de aire que utilizan bobinas de enfriamiento de refrigerante DX en capacidades tan bajas como 5 toneladas.
El uso más común de un sistema VAV es servir múltiples zonas de temperatura. Por lo tanto, discutiremos primero los sistemas VAV de múltiples zonas y luego discutiremos el uso de un sistema VAV para una aplicación de una sola zona.
Zona múltiple
Unidades de terminal VAV
El flujo de aire primario variable se entrega a las zonas a través de la modulación del amortiguador de aire primario en las unidades terminales VAV. A medida que disminuye la temperatura de la zona, el amortiguador de aire primario se modula para suministrar menos aire primario (55 ° F) a la zona. Una vez que el amortiguador de aire primario alcanza su posición mínima predeterminada (generalmente aproximadamente el 25% del flujo de aire máximo), con una caída adicional en la temperatura de la zona, las unidades terminales VAV que tienen capacidades de calentamiento colocarán el amortiguador de aire primario al flujo de aire de calentamiento y modularán la salida de la bobina de calentamiento para mantener el punto de ajuste de calentamiento del sentido de la temperatura de la zona. Las unidades de terminal VAV con ventilador también están equipadas con un pequeño ventilador que recircula el aire (normalmente del pleno de aire de retorno del techo) a través de la bobina de calefacción de la unidad de terminal VAV.
La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema VAV que sirve múltiples unidades de terminal VAV.
Doble conducto
Los sistemas de aire VAV de doble conducto son tan poco comunes como los sistemas de aire Cav de doble conducto. El momento más probable que un diseñador de sistemas HVAC se encontrara con un sistema de aire VAV de doble conducto sería en el caso de un sistema que originalmente fue diseñado como un sistema Cav Dualducto pero luego se renovó para funcionar como un sistema VAV. El diseñador del sistema HVAC también puede tener la tarea de diseñar las modificaciones a un sistema Cav de doble conducto para convertirlo en un sistema VAV de doble conducto.
Los sistemas VAV de doble conducto funcionan de la misma manera que los sistemas CAV de doble conducto, excepto que el flujo de aire de suministro a las zonas es variable, no constante. El ventilador de suministro en la unidad de manejo de aire de doble conducto debe estar equipado con un medio para modular su flujo de aire en respuesta a la presión estática tanto en los conductos principales y fríos. La eficiencia energética de un sistema VAV de doble conducto sería casi la misma que la de un sistema VAV convencional que utiliza unidades terminales VAV.
Se debe tener cuidado al convertir un sistema Cav de doble conducto en un sistema VAV para garantizar que las zonas no requieran un flujo de aire de suministro constante para servir como maquillaje para el flujo de aire de escape constante.
Zona única
La operación de un sistema VAV de una sola zona es similar a la operación de un sistema VAV que sirve a múltiples zonas, excepto que no hay unidades terminales VAV y el flujo de aire de suministro está modulado para mantener el punto de ajuste de enfriamiento del sensor de temperatura de zona (único) en lugar de mantener una constante presión estática del conducto de aire primario. La temperatura del aire de suministro se mantiene a 55 ° F siempre que el sensor de temperatura de la zona esté pidiendo enfriamiento.
Una vez que la temperatura de la zona cae por debajo del punto de ajuste de enfriamiento (típicamente 75 ° F), la unidad de manejo de aire funcionará en el modo de calefacción: el enfriamiento se deshabilitará, el ventilador de suministros funcionará en el flujo de aire de calentamiento predeterminado y la salida de la bobina de calefacción dentro de la unidad se modulará según sea necesario para mantener el punto de ajuste de calentamiento del sentido de la temperatura de la zona (típicamente 70 ° F).
Una vez que la temperatura de la zona se eleva por encima del punto de ajuste de enfriamiento, la unidad de manejo del aire funcionará en el modo de enfriamiento: el calentamiento se deshabilitará, la salida del bobina de enfriamiento se modulará según sea necesario para mantener la temperatura del aire de suministro a 55 ° F, y el flujo de aire de suministro se modulará para mantener el punto de ajuste de enfriamiento del sensor de temperatura de la zona.
La ventaja de un VAV de una sola zona sobre un sistema Cav de una sola zona es que durante la operación de enfriamiento, la temperatura del aire de suministro permanecerá constante a aproximadamente 55 ° F. Esta temperatura del aire de suministro fría constantemente dará como resultado una humedad relativa de espacio más bajo que la misma área servida por un sistema Cav donde la temperatura del aire de suministro puede variar en cualquier lugar entre 55 ° F (carga de enfriamiento completa) y 75 ° F (sin carga de enfriamiento). La mayor humedad relativa de espacio resultante del uso de un sistema Cav se exacerba por la ventilación de aire exterior en zonas climáticas húmedas y por una alta densidad de ocupantes en las áreas atendidas por la unidad.
Debido a los recientes avances en tecnología, los sistemas VAV de una sola zona que utilizan bobinas de enfriamiento de refrigerante DX pueden servir áreas con una carga de enfriamiento tan baja como 5 toneladas.
Libro de consulta de diseño de HVAC - W. Larsen Ángel, PE, Leed AP, es director de la firma de ingeniería de consultoría de MEP, Green Building Energy Engineers. Ha trabajado en la industria de la ingeniería de consultoría MEP durante más de 30 años. El Sr. Angel ha contribuido al desarrollo de los estándares de diseño y continúa encontrando nuevas formas de optimizar el proceso de diseño del sistema HVAC.
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