La climatización consiste en crear unas condiciones de temperatura, humedad y limpieza del aire adecuadas para la comodidad y la calidad del aire interior dentro de los espacios habitados.
La normativa española define climatización como: dar a un espacio cerrado las condiciones de temperatura, humedad relativa, calidad del aire y, a veces, también de presión, necesarias para el bienestar de las personas y/o la conservación de las cosas. Puede apreciarse que se ha abandonado cualquier referencia al aire acondicionado, por ser una expresión que, aunque correcta, puede prestarse a equívoco, ya que la mayoría de la gente parece entender que se refiere exclusivamente a la refrigeración (climatización de verano), aunque sería más lógico se refiriese al acondicionamiento del aire en todas las épocas, verano e invierno.
Así pues, la climatización comprende tres factores fundamentales: la ventilación, la calefacción, o climatización de invierno, y la refrigeración o climatización de verano.
A partir de esta definición se desprende que el concepto climatización equivale a lo que en inglés se llama Heating, Ventilating and Air Conditioning, o por sus siglas HVAC, expresión en la que aparecen tres conceptos separados: ventilación y calefacción por un lado y aire acondicionado por otro, luego se supone que, en inglés, esto último se entiende exclusivamente como refrigeración. Para evitar la confusión que puede producir tomar la traducción inglesa literalmente, la norma española, evita el concepto aire acondicionado.
La climatización puede ser natural o artificial, aunque en lo que sigue se tratará exclusivamente de la artificial.
La comodidad térmica, importante para el bienestar, está sujeta a dos factores:
Una cuestión importante es que la respuesta en las personas puede ser muy variable, puesto que depende del gusto, la aclimatación o actividad realizada. Los otros factores pueden controlarse para ofrecer una sensación de bienestar.
El cambio de la manera de construir los edificios, los métodos de trabajo, y los niveles de ocupación han creado nuevos parámetros a los que los diseñadores ahora deben prestar atención. Los edificios modernos sufren cargas térmicas por varios motivos:
Evidentemente, muchas de estas cargas son favorables en invierno, pero no en verano. Todas ellas deben ser compensadas si se desea obtener un ambiente confortable en verano. El medio de asegurar esta comodidad es la climatización.
La climatización puede hacerse en un solo local (unitaria), frecuentemente con un aparato que produce y emite su energía térmica, y centralizada, en la que un aparato produce o recibe la energía térmica (calor o frío), se lleva a los locales a climatizar por medio de conducciones y se emite por medio de emisores.
La energía térmica puede llevarse a los locales por medio de fluidos o refrigerantes, llamados caloportadores (que transportan el calor o energía térmica), y pueden ser: agua, aire o un fluido refrigerante. Se puede establecer una clasificación en función del fluido caloportador que llega a los locales. Se advierte que el aire es siempre el fluido que se trata de acondicionar, pero ello no quiere decir que sea siempre un fluido caloportador.
Una instalación de climatización puede ser completa o parcial. La climatización completa trata el aire de los ambientes en todos sus parámetros: limpieza (ventilación, filtrado), temperatura (de verano y de invierno), humedad y a veces, hasta en la presión.
Será parcial cuando no trate más que algunas de estas partes y total cuando trate de todas ellas. Un sistema parcial muy común es el de calefacción por agua caliente, ejemplo de climatización solo de invierno y que no trata el aire de ventilación. Otro, los acondicionadores de ventana, que solamente funcionan para climatización de verano y, además, no suelen hacerlo demasiado bien en lo que se refiere a la ventilación, ni a la humedad relativa del aire, cuyo control es deficiente, especialmente en climas húmedos.
Un sistema completo de climatización comprendería estas partes:
Hay instalaciones que no tienen todos los componentes. Un ejemplo corriente de instalación reducida es la calefacción por radiadores: tiene generación térmica, trasporte primario (por agua) y aparatos terminales que emiten al ambiente (radiadores); pero no trata el aire, ni ventila (no lleva aire a los locales).
Para la climatización de invierno lo más lógico es emplear un sistema de calentamiento por caldera de combustible que produce calor de modo económico y desde la que se lleva agua caliente a los climatizadores por tuberías. Y mejor todavía si la caldera es de condensación.
También puede emplearse una máquina en todo semejante a la de refrigeración por compresión, que funciona al revés: tomando calor del aire exterior de invierno, frío, y cediéndolo al aire interior, más caliente. En este caso, la máquina refrigeradora se conoce como bomba de calor. Cuando las temperaturas exteriores son relativamente benignas, el rendimiento de estos aparatos es notable y compensa los precios, generalmente más elevados, de la energía eléctrica utilizada para mover el compresor, pero en días muy fríos, con temperaturas por debajo de 4 °C, los rendimientos descienden rápidamente y llegan en seguida a ser muy deficientes.
Los generadores denominados reversibles permiten, además, hacer el ciclo antes indicado para refrigeración y también para el proceso de calentamiento. Un generador reversible extrae el calor del aire frío (sea exterior o interior) y lo transfiere hacia el aire más caliente (interior o exterior) dependiendo de las estaciones del año. Por consiguiente, el generador reversible constituye un sistema de calefacción separado y permite calentar y refrigerar con el mismo aparato.
Recientemente ha aparecido en el mercado un sistema que llaman híbrido, que tiene una caldera y una bomba de calor. Una centralita electrónica decide cual de las dos máquinas se pone en marcha en función de las condiciones exteriores (rendimiento de la bomba de calor) y de los precios de la energía, de modo que funcione la que resulte más económica en cada momento.
El enfriamiento puede hacerse fundamentalmente por dos medios: por compresión y por absorción. Estos dos sistemas se basan en que transportan calor de un punto de menor nivel energético (el nivel se mide por la temperatura) a otro de mayor nivel, y el medio generalmente usado para este movimiento de calor es un refrigerante.
Las máquinas refrigeradoras grandes, conocidas como enfriadoras de agua, plantas refrigeradoras, equipos de refrigeración (o, en inglés, chiller), enfrían agua que después se distribuye a los climatizadores por tuberías. Los máquinas de refrigeración grandes tienen mejores rendimientos.
En el sistema conocido como partido (split o multi-split), el caloportador es el propio líquido refrigerante, que se lleva a los evaporadores de los terminales situados en los locales a climatizar. En este caso, la máquina refrigeradora es por compresión.
Una vez producida la energía térmica, debe llevarse al punto de tratamiento de aire (UTA) o a los terminales, mediante agua por tuberías (de acero, de cobre o de materiales plásticos). A veces también mediante fluido refrigerante.
El agua puede llevarse por sistemas de dos, tres o cuatro tuberías.
Un climatizador (en la normativa española, unidad de tratamiento del aire, UTA; en ciertos países americanos, unidad manejadora de aire, UMA, traducción literal del inglés, que desde el punto de vista lingüístico es un tanto impropio pues el verbo manejar implica utilizar las manos y los procesos son automáticos), es el aparato encargado de tratar el aire en todas sus vertientes e impulsarlo, bien directamente, bien por una red de distribución de aire, a los locales a climatizar. En principio, un climatizador no produce energía térmica, sino que la recibe de generadores de calor y frío específicos (caldera o máquina frigorífica), aunque a veces se llama climatizadores a ciertos aparatos que producen el frío (climatizadores de ventana).
Consta de una serie de elementos que permiten los diversos tratamientos que han de hacerse al aire. Una UTA muy completa, constaría de los dispositivos que se relacionan y explican a continuación, aunque no todos los climatizadores tienen todas las partes:
No todos los climatizadores tienen todos los dispositivos enumerados. Muy a menudo no tienen más que el ventilador de impulsión, especialmente los que solamente tratan el aire de ventilación, sin mezcla con el aire de retorno. La batería de poscalentamiento no se suele usar más que en sistemas que integran la calefacción o, en refrigeración, cuando el ambiente exterior es muy húmedo.
El transporte, aquí llamado secundario, consiste en llevar la energía térmica a los locales mediante aire tratado, por conductos desde el aparato de tratamiento (climatizador).
Los conductos pueden tener sección circular o rectangular. Pueden ser de chapa galvanizada, de cobre, de planchas de fibra de vidrio y hasta de escayola. Es condición indispensable que las superficies sean lisas y fácilmente limpiables, para lo que deben tener registros de limpieza. En general, los conductos de climatización deben de tener un adecuado aislamiento térmico.
Como consecuencia de las últimas directivas europeas relacionadas con la eficiencia energética los conductos de climatización han de ser lo más estancos posible. Los niveles de estanquidad se clasifican desde el nivel A, el menor, al nivel máximo D. La red de conductos está formada por una mezcla de elementos de diferente tipología y forma que confieren a las instalaciones un nivel medio de estanquidad del tipo B. Construir conductos más estancos de nivel C, representaría aumentar el triple la estanquidad de los mismos, contribuyendo de forma sensible a la mejora energética de las instalaciones y al sostenimiento energético global.
A veces se emplea como conducto, especialmente en retorno del aire, el espacio sobre un falso cielorraso e incluso un pasillo (plenum).
La emisión se hace por diversos tipos de bocas de impulsión (rejillas, difusores...) desde los conductos del transporte de aire.
Cuando se trata de sistemas aire-agua, además del aire de ventilación (llamado aire primario) tratado en el climatizador, se emplean como apoyo ventiloconvectores (fan-coils) o inductores.
Si se trata de sistemas partidos (split o multi-split), los evaporadores emiten directamente con un ventilador.
Finalmente, el aire impulsado debe difundirse por el local, de modo que alcance todo el volumen habitable, pero este tema, Difusión de aire en locales, es tan amplio que merece un artículo aparte.
El costo que actualmente representa la energía es de vital importancia en una especialidad como la climatización que requiere elevados consumos, sea de energía eléctrica, sea de combustibles, por lo que su reducción representa una de las premisas básicas en los criterios de diseño.
Para ello existen numerosas tecnologías y medios, que se centran fundamentalmente en el ajuste de las necesidades, la utilización de fuentes de energía no convencionales, el incremento de la eficiencia y la recuperación de la energía residual, independientemente de utilizar equipos de alto rendimiento.
El apropiado uso del aislamiento térmico en el edificio, es un factor fundamental, dado que implica equipos de climatización menos potentes, con un consumo energético menor durante toda la vida útil del edificio. A su vez el aislamiento térmico en la propia instalación reduce al mínimo las pérdidas de calor en los equipos, unidades de tratamiento de aire y la red de conductos y tuberías de la instalación.
Por otra parte, es indispensable la adopción de soluciones arquitectónicas que tiendan a la reducción de consumo energético teniendo en cuenta el aprovechamiento de la radiación solar en invierno, protecciones (exteriores) para evitarla en verano y una adecuada carpintería en los huecos para reducir infiltraciones.
Puede ser muy conveniente analizar la automatización de los circuitos de alumbrado y el empleo de lámparas de alto rendimiento, así también como reguladores que permitan un nivel de iluminación en función de las necesidades reales.
En cuanto a medidas directamente relacionadas con la climatización propiamente dicha, hay dos:
Otro aspecto a considerar es el incremento de la eficiencia energética, mediante el fraccionamiento de la potencia de los equipos, con objeto de adaptar la producción de energía térmica a la demanda del calor del sistema, parcializando las unidades productoras a fin de conseguir en cada instante, el régimen de potencia más cercano al de máximo rendimiento.
En general, la utilización de calderas, sobre todo las de condensación, es preferible a la de un ciclo bomba de calor para calefacción y este a su vez es preferible al uso de resistencias eléctricas.
Otra forma de ahorrar energía consiste en aprovechar el calor desprendido por los equipos de refrigeración para utilizarlo en las baterías de poscalentamiento, cuando estas sean necesarias (en climas muy húmedos, en los que hay que sobreenfríar el aire para condensar el exceso de vapor de agua y luego recalentarlo para que esté a la temperatura adecuada).
Cuando se disponga de calor de una fuente residual puede emplearse para refrigeración con máquinas enfriadoras de absorción. Estas máquinas tienen un rendimiento inferior al de las máquinas por compresión, pero tienen la ventaja de poder aprovechar un calor gratuito (residual).
Se emplea mucho esta solución en sistemas de cogeneración o trigeneración, en los cuales se produce electricidad con un alternador movido por un motor de explosión, que utiliza gas natural. El calor residual del motor puede utilizarse para calefacción en invierno y para refrigeración en verano. La trigeneración se utiliza actualmente en muchos edificios (estaciones de ferrocarril, terminales de aeropuertos, grandes superficies de venta...)
También se ahorra energía con plantas de producción de calor a escala de barriada (distrito) o de ciudad; los sistemas térmicos muy grandes funcionan con mayor rendimiento, e incluso pueden ser sistemas de trigeneración, aprovechando el calor residual de la producción de electricidad para utilizarlo directamente en calefacción y para refrigeración por un sistema de absorción.
En Barcelona hay un sistema urbano de reparto de agua fría para refrigeración. La fuente es la planta de gasificación de gas natural, que absorbe gran cantidad de calor en el proceso.
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