Un nuevo libro presenta a los propietarios los fundamentos de los sistemas mecánicos y de ventilación

May 28, 2023

Para leer más sobre la calidad del aire interior en Pretty Good House: una guía para crear mejores hogares, visite el sitio web del autor.

El planeta se está calentando más rápido de lo que pensábamos. Mientras este capítulo tomaba forma en 2021, el noroeste del Pacífico de EE. UU. no solo estaba batiendo récords de calor, sino que también los estaba destruyendo. Portland, Oregón, alcanzó los 113°F. Las temperaturas en Portland, Maine, alcanzaron los 90 grados en junio, algo poco común. Históricamente en Maine, la brisa del océano, las montañas, la cubierta arbórea y, por supuesto, la latitud norte ayudan a mantener los veranos templados. Incluso en agosto, las máximas promedio en Portland rara vez alcanzan los 90 °F y las mínimas promedio suelen estar por debajo de los 60 °F. Pero las advertencias sobre el calor del verano son cada vez más comunes.

Obviamente, esto apunta a la necesidad de tomar medidas inmediatas contra el calentamiento global, pero también significa que muchos de nosotros estamos incluyendo o modernizando el aire acondicionado (AC) en nuestros proyectos, a menudo por primera vez.

Al igual que con la calefacción, la mejor primera respuesta para un PGH es disminuir la carga (consulte el Capítulo 4 para obtener más información). Voladizos que bloquean el sol del verano pero dejan entrar el sol del invierno, árboles de hoja caduca o enredaderas que solo bloquean el sol cuando hay hojas, uso cuidadoso de ventanas, cortinas y revestimientos de baja emisividad y, por supuesto, aislamiento y sellado del aire. Todo esto mantendrá baja la carga de enfriamiento. Cosas simples ayudan: abrir las ventanas por la noche para que la casa entre aire más fresco y luego cerrarlas durante el día para mantener afuera el aire más caliente; elegir un color de techo más claro en climas cálidos para reflejar el calor; y usar ventiladores para refrescar a las personas en lugar de a toda la casa.

Si hace mucho calor durante días (y noches) seguidos, tarde o temprano incluso un PGH se calentará de forma incómoda. Si está calentando con bombas de calor de aire o de tierra, ya tiene una fuente de aire acondicionado. Básicamente, simplemente estás invirtiendo el funcionamiento del sistema, capturando calor del interior y liberándolo al exterior. Al igual que con la calefacción, es necesario diseñar un sistema de refrigeración para adaptarse a la carga y los criterios de diseño pueden no ser los mismos.

Todas las unidades de aire acondicionado son, de hecho, bombas de calor. Las grandes unidades exteriores que estás acostumbrado a ver hacen esencialmente el mismo trabajo que las unidades exteriores de un mini-split. Su eficiencia ha mejorado significativamente en la última década. Combinan bien con sistemas de aire caliente forzado, utilizando los mismos conductos. Los sistemas que no son bombas de calor generalmente se denominan enfriadores evaporativos (o de pantano) y utilizan el efecto de enfriamiento de la evaporación del agua en lugar de refrigeración. Son más simples, más baratas y más eficientes que las bombas de calor en climas secos (y bastante fáciles de hacer uno mismo), pero mucho menos efectivas y pueden empeorar la humedad.

Si necesita enfriar solo una habitación (como una oficina en casa o un dormitorio), una unidad de ventana puede tener sentido. Al igual que con otros sistemas, asegúrese de sellar bien el aire y cambiar o limpiar los filtros. Energy Star de la EPA es una buena guía para la eficiencia de las unidades.

Independientemente de cómo enfríe su PGH, tenga en cuenta la humedad. Como sabemos por el ejemplo clásico de la condensación de verano en una lata de refresco, el aire cálido y húmedo se condensará sobre una superficie fría. El número mágico aquí es el punto de rocío. En función de la humedad relativa y la temperatura, el punto de rocío es la temperatura a la que el vapor de agua se condensará en líquido sobre una superficie. Y sabemos que la condensación dentro de su casa puede causar todo tipo de problemas, entre los que se encuentran el moho y la putrefacción.

Para mantenerse por encima del punto de rocío, puede mantener la casa lo suficientemente caliente (por encima de la temperatura del punto de rocío) o reducir la humedad (reduciendo así el punto de rocío). En un clima cálido y húmedo, el punto de rocío del verano puede estar por encima de los 70 °F, y a 90 °F y 72 % de humedad relativa (lo que puede ocurrir en las zonas húmedas de EE. UU. en verano), la temperatura del punto de rocío es de 80 °F. .

Además, en el extremo más cálido del rango que les gusta a los humanos, el aire húmedo es mucho menos cómodo que el aire seco a la misma temperatura. Enfriamos nuestro cuerpo sudando: es mucho más fácil para nuestro cuerpo deshacerse de ese sudor mediante la evaporación en un aire más seco. “No es el calor, es la humedad” es, de hecho, exactamente correcto.

En su mayor parte, una Pretty Good House busca simplificar la construcción de alto rendimiento proporcionando reglas generales y pautas. Sin embargo, cuando se trata de sistemas de calefacción y refrigeración, las reglas generales no funcionan muy bien. Es necesaria alguna forma de modelización energética. Los códigos de construcción generalmente requieren cálculos del Manual J de ASHRAE para determinar la pérdida de calor habitación por habitación. Los resultados pueden ser precisos, pero los cálculos a menudo se modifican para facilitar las cosas al proveedor o contratista. A menudo no es deseable sobredimensionar los equipos, ya que las bombas de calor funcionan de manera más eficiente cerca de su capacidad máxima y su eficiencia cae drásticamente si se sobredimensionan. Los acondicionadores de aire de gran tamaño no pueden deshumidificar el aire de forma eficaz.

No importa qué sistema elija para calentar, enfriar o ventilar, diseñar el sistema cuidadosamente es fundamental. Si tiene suficiente capacidad calorífica para alcanzar la temperatura más fría que jamás haya alcanzado, que podría ser sólo 15 horas al año, su sistema estará sobredimensionado los otros 364 días y 9 horas. En su lugar, utilizamos lo que se llama temperatura de diseño. Suele ser una temperatura vinculada a un porcentaje del año en el que se producirá.

Por ejemplo, el manual de ASHRAE enumera las temperaturas de diseño de calefacción de Portland, Maine, como -1,7 °F (-18,7 °C) / 99,6 % y 3,2 °F (-16 °C) / 99 °. Esto significa que, en promedio, la temperatura está por encima de -1,7°F el 99,6% del año y por encima de 3,2°F el 99% del año. Algunos gráficos también incluirán la cifra del 98%. Para refrigeración, nuestras cifras son 86,7 °F (30,4 °C) / 0,4 % y 83,3 °F (28,5 °C) / 1 %, lo que significa, nuevamente, que las temperaturas están por encima de esas temperaturas para esos porcentajes del año.

En el extremo opuesto del diseño está asegurarse de que sus sistemas funcionen según lo diseñado. ¿Están funcionando las bombas de calor al ritmo esperado? ¿La ventilación mueve la cantidad de aire esperada? Es un paso que a menudo se pasa por alto, pero que es fundamental, especialmente en una casa de alto rendimiento, donde la eficiencia puede perderse fácilmente debido a un equipo que funciona mal. Cubrimos lo que implica en detalle en el Capítulo 10 sobre verificación y educación del cliente.

Verificar que el equipo esté funcionando según lo diseñado se denomina “puesta en servicio”, y lo pueden realizar los contratistas que instalaron el equipo, el fabricante o un auditor externo. Pero es fundamental que se haga y que se registren los resultados. También es un buen momento para asegurarse de que el propietario comprenda aspectos como los programas de mantenimiento, el reemplazo o la limpieza del filtro y a quién llamar para realizar tareas de mantenimiento o reparación. Asegúrese de tener un plan de puesta en servicio antes de contratar el trabajo a realizar. Si el instalador no planea hacerlo, dígale que sí lo está y que tendrá que hacer correcciones si el equipo no funciona según las especificaciones.

La deshumidificación es un complemento esencial para el enfriamiento en climas húmedos. La mayoría de los acondicionadores de aire, incluidas las bombas de calor, pueden soportar la deshumidificación. Simplemente soplan aire cálido y húmedo sobre las bobinas frías (esto es lo que produce las gotas que invariablemente caen sobre su cabeza cuando camina debajo de una unidad). Los sistemas de aire acondicionado central pueden tener unidades deshumidificadoras adicionales (y, de hecho, unidades de humidificación, para climas áridos o para la temporada de calefacción en climas fríos).

Al igual que con los ciclos cortos en un sistema de calefacción, un problema potencial con un PGH es que su sistema de enfriamiento no funcionará el tiempo suficiente para deshumidificar el aire. Esto puede poner la unidad en modo "seco", lo que reduce drásticamente la temperatura de las bobinas para condensar más vapor de agua del aire acondicionado, utilizando una cantidad significativa de energía en el proceso. También puede utilizar un deshumidificador independiente, pero es necesario vaciarlo o conectarlo a un desagüe y, por lo general, deshumidifica bien el área inmediata, pero no toda la casa. Muchas casas antiguas en Maine tienen sótanos húmedos y no es raro tener un deshumidificador funcionando en ellos gran parte del año. Los deshumidificadores pueden consumir una gran cantidad de energía, así que investigue detenidamente si sigue ese camino. Si necesita deshumidificar la casa con frecuencia, un sistema separado con sus propios conductos será mucho más efectivo y eficiente.

Por supuesto, la humedad puede ser un problema durante todo el año. Aparte del agua que se filtra desde el exterior, la humedad interior es la fuente de humedad más destructiva y debe controlarse. Gran parte proviene simplemente de ocupar la casa: cocinar, bañarse, limpiar, regar las plantas, tener mascotas y simplemente respirar. Los higrómetros digitales económicos (dispositivos que miden la humedad relativa) pueden ayudarle a controlar los niveles de humedad. Por lo general, es mejor mantener las casas entre 30% y 50% de humedad relativa. En invierno, bajar del 30% puede provocar todos los problemas del aire seco (piel agrietada, sangre en la nariz, etc.). En verano, superar el 60% puede provocar condensaciones y problemas de confort. Una casa excesivamente seca no es peligrosa para la estructura como lo es una excesivamente húmeda.

La ventilación es la última pieza de la ecuación HVAC. Queremos sacar el exceso de humedad de nuestra casa lo antes posible, en cualquier época del año, antes de que pueda causar problemas. En una cocina o baño, es relativamente sencillo y habitual instalar una campana extractora y un ventilador de baño. Estas unidades deben tener ventilación hacia el exterior: las campanas extractoras sin ventilación con recirculación o los ventiladores de baño ventilados hacia el ático son, en el mejor de los casos, ineficaces y, en el peor, destructivos para su casa o su salud. Los ventiladores deben tener compuertas efectivas para evitar que entre aire exterior cuando los ventiladores no están funcionando.

La investigación sobre la calidad del aire interior (IAQ) ha sido de gran ayuda para los constructores y diseñadores en las últimas dos décadas. El estándar más comúnmente utilizado para ventilación se llama ASHRAE 62.2. ASHRAE es la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado, y la Norma 62.2 se titula Ventilación y calidad aceptable del aire interior en edificios residenciales. Es la base de la mayoría de los requisitos de ventilación de los códigos de construcción.

El prólogo establece que “La norma describe los requisitos mínimos para lograr una calidad del aire interior aceptable mediante la ventilación de las unidades de vivienda... La ventilación de las unidades de vivienda tiene como objetivo diluir las emisiones contaminantes inevitables de las personas, los materiales y los procesos de fondo”.

La cocina contribuye en gran medida a una mala calidad del aire interior. Si tiene una estufa de gas, los gases de escape de la combustión (incluidos el monóxido de carbono y el formaldehído) son un problema incluso antes de comenzar a cocinar. A menudo recomendamos las estufas de inducción, ya que todas son eléctricas, muy seguras y energéticamente eficientes.

Incluso sin combustión, cocinar produce partículas finas (objetos lo suficientemente pequeños como para pasar de los pulmones al torrente sanguíneo), hidrocarburos en el aire (algunos de los cuales son cancerígenos) y otros contaminantes. Hemos encontrado tres estrategias efectivas: campanas extractoras con conductos, ensaladas y comida para llevar.

Suponiendo que eventualmente te cansarás de las dos últimas, centrémonos en las campanas extractoras. Hay dos partes para medir qué tan bien agotan: el movimiento del aire y el área de captura. El primero se mide en pies cúbicos por minuto (cfm). Existen varias reglas generales para dimensionar estos ventiladores. En un PGH, recomendamos un ventilador con una capacidad de 300 cfm, lo suficientemente fuerte como para ventilar pero no abrumador.

En una casa razonablemente hermética existe otra complicación. A menos que haya un agujero en algún lugar que permita la entrada de tanto aire como el que intentas expulsar, tu campana extractora o ventilador de baño no servirán de mucho. En una casa con corrientes de aire, hay muchos lugares para que entre ese aire de reposición, pero en una PGH es necesario planificarlo.

Hay varias formas de proporcionar aire de reposición, pero cada vez utilizamos más un método relativamente simple que hace un buen trabajo sellándose cuando no está en uso. Es un conducto del exterior con compuerta eléctrica. Está cableado para que se abra cuando se enciende la campana extractora y se cierre cuando se apaga. Naturalmente, dónde introducir este aire es objeto de cierto debate. Algunos abogan por acercar el aire a la campana extractora, para no enfriar toda la habitación. Otros abogan por colocarlo debajo del refrigerador, para enfriar las bobinas y ayudar a que funcione mejor. Actualmente, ASHRAE recomienda traer el 60% a través de la cocina y el resto desde otras partes de la casa. Esta es otra área de investigación; Esperemos que pronto tengamos información más definitiva.

Cada vez más fabricantes de campanas extractoras venden kits de aire complementario, lo que simplifica mucho la planificación y la instalación. (Tenga en cuenta que el código de construcción no requiere aire de reposición a menos que el ventilador se mueva a más de 400 cfm, lo que descarta la mayoría de los ventiladores de baño).

Otra consideración es la eficacia con la que una campana extractora captura los contaminantes del aire. Si los contaminantes de la cocina no terminan en la campana, el ventilador simplemente expulsa aire fresco acondicionado. El área de captura efectiva es función de la velocidad del ventilador, la forma de la campana, la distancia desde la superficie de la estufa y el tamaño de la estufa.

La mejor campana sería un pie más ancha que la estufa en todas las direcciones y aproximadamente 10 pulgadas por encima de los quemadores. Sin embargo, esto haría que cocinar fuera un poco difícil, por lo que hacemos concesiones. Cuanto más pequeña sea la campana y más alejada de la estufa, más ineficaz será.

Esto es especialmente cierto para las campanas de isla, que tienen que extraer aire de los cuatro lados y no tienen protectores contra salpicaduras o gabinetes superiores flanqueantes para ayudar a dirigir el aire hacia la campana.

Los ventiladores de baño son más simples pero aún requieren algo de reflexión. Especialmente en un clima frío, el aire de escape cálido y húmedo de la ducha puede condensarse fácilmente en los conductos de escape, y usted desea asegurarse de que el condensado frío no gotee sobre su cabello recién lavado o se acumule en los conductos y crezca moho. o moho. Con una unidad que ventila a través de una pared, asegúrese de que los conductos estén ligeramente inclinados hacia el exterior, para que el condensado pueda escapar. Además, monte los conductos de modo que las conexiones canalicen el agua fuera de la casa.

Es más complicado si tu única opción es la vertical, ya sea a través del techo o con una elevación importante antes de pasar a la horizontal. Lo mejor que puede hacer es asegurarse de que los conductos se mantengan calientes (y, por tanto, por encima del punto de rocío) mediante un cuidadoso aislamiento y sellado del aire. Un motor más potente o un ventilador en línea adicional más cerca del exterior pueden ayudar a garantizar que el escape siga moviéndose y tenga menos posibilidades de condensarse.

Ahora que nos hemos ocupado de las principales fuentes de humedad y contaminantes en el aire, ¿qué pasa con el resto de la casa? Todos hemos oído que una casa necesita respirar, ¿verdad? Bueno, mal. Una casa no es un organismo vivo y por tanto no necesita respirar. Lo que debe hacer es permanecer seco. Los ocupantes, por el contrario, necesitan respirar. Un sistema de ventilación para toda la casa ayuda con ambos.

En la mayoría de las casas antiguas, el sistema de ventilación es el aire que entra y sale de la casa a través de corrientes de aire. Realmente no sabes de dónde viene el aire de admisión o hacia dónde se dirige el aire de escape, por lo que es posible que tengas un IAQ bueno o malo dependiendo de en qué dirección sople el viento y con qué fuerza. ¿Está extrayendo aire del prado de al lado o del espacio de acceso mohoso? ¿Está empujando hacia el exterior o hacia una cavidad de pared o techo?

Una vez que comience a hacer un mejor trabajo de sellado de aire, ya sea en un PGH o en un Pretty Good Reno, deberá ser más deliberado. En los dormitorios, el CO2 procedente de la respiración puede acumularse fácilmente hasta niveles nocivos para la salud durante la noche. Durante las muchas horas del día en las que ni el ventilador de la bañera ni la campana extractora están funcionando, todavía hay contaminantes interiores que es necesario diluir y humedad que es necesario eliminar. La forma de abordar esto es mediante un sistema de ventilación bien diseñado. Los elementos esenciales son que el sistema sea:

Hay un problema: hay una penalización de energía. Cuando hace buen tiempo, abrir las ventanas puede proporcionar suficiente ventilación. Pero una vez que el clima es lo suficientemente cálido, frío o húmedo como para cerrar las ventanas, cualquier ventilación implica, por definición, un intercambio de aire acondicionado (enfriado, calentado o deshumidificado) con aire no acondicionado. Una vez que se agota el aire acondicionado, el aire entrante debe calentarse, enfriarse o deshumidificarse. Por lo tanto, el objetivo debe ser una ventilación suficiente, pero no una ventilación excesiva. ASHRAE 62.2 o lo que requiera su código de construcción es un buen lugar para comenzar. Un simple monitor de calidad del aire o de CO2 puede ayudar a ajustar el sistema una vez que esté instalado.

Los sistemas más comunes para proporcionar una ventilación equilibrada son los ventiladores con recuperación de calor y energía. Los ventiladores de recuperación de calor (HRV) tienen núcleos de intercambio de calor que capturan hasta el 90% del calor de la corriente de aire, lo que es eficaz tanto en invierno como en verano. Con un ventilador de recuperación de energía (ERV), la humedad también se transfiere, lo que hace que el aire exterior seco sea más húmedo en invierno y el aire exterior húmedo menos húmedo en verano. Hay un par de sistemas disponibles que pueden cambiar entre las dos funciones.

La mayoría de los sistemas se conducen desde una unidad central a los espacios principales de la casa, extrayendo aire de las áreas que crean humedad y olores y suministrando agua a las áreas de estar y de dormir. Otros son ventiladores de fuente puntual, lo que significa que ventilan habitaciones individuales. El mejor sistema depende de muchos factores, incluido el clima, la ocupación y si los baños están en el mismo sistema que el resto de la casa.

Algunas casas utilizan ventilación sólo por extracción, esencialmente dejando un ventilador de baño funcionando a baja velocidad continuamente. Por lo general, esto ahorra dinero al principio, pero la energía ahorrada al utilizar una ventilación equilibrada finalmente se amortiza y, debido a que el aire entrante se filtra en lugar de entrar a través de huecos aleatorios en la estructura, la calidad del aire interior también debería ser mayor.

Se ha derramado mucha tinta (virtual) sobre si se debe utilizar un HRV o un ERV y dónde, pero al final la calidad de la unidad en sí, junto con la instalación y el mantenimiento de la unidad y los conductos, superan cualquier ventaja de un sistema sobre el otro.