Las ERV son mucho menos susceptibles a las heladas que las HRV, por lo que se consideran la opción óptima para la ventilación en condiciones climáticas extremas.
Umbrales de congelación y métodos de control de ERV y HRV
A medida que las estructuras se vuelven más herméticas, confiar simplemente en que el aire exterior encuentre un camino hacia el interior para la ventilación ya no es suficiente. Se recomienda la ventilación mecánica para conseguir una calidad del aire interior (CAI) óptima, y en este sentido, la ventilación equilibrada es la mejor opción. Esto puede conseguirse mediante un ventilador de recuperación de energía (ERV) o un ventilador de recuperación de calor (HRV).
La pandemia de COVID-19 ha servido de catalizador para aumentar la ventilación en estructuras de todo tipo. Sustituir el aire viciado del interior por aire fresco y filtrado del exterior minimiza considerablemente los virus transmitidos por el aire y ayuda a detener la propagación de enfermedades. En el futuro, los índices de ventilación seguirán aumentando para salvaguardar la salud de los ocupantes, incluso después de que la pandemia haya quedado atrás. El aumento de la ventilación ha llegado para quedarse.
En consecuencia, los edificios más sanos ya no son un objetivo elevado, sino una necesidad para mejorar el bienestar de los ocupantes, con una mayor ventilación como base. En consecuencia, hay nuevas normas de construcción, como la Calificación de Salud-Salud WELL, para clasificar determinadas estructuras como óptimas para la salud de los ocupantes.
¿Cuál es la diferencia entre una HRV y una ERV? Es muy sencilla. Una HRV sólo recupera calor, mientras que una ERV recupera tanto el calor como la humedad. Esto significa que una ERV recupera una energía total compuesta tanto de calor (energía sensible) como de humedad (energía latente). Aunque la diferencia entre HRV y ERV es sencilla, tiene un impacto importante en el rendimiento en climas más fríos. Esto se debe a la cuestión de las heladas, que cada una gestiona de forma única. Veámoslo.
HRV y Frost
Los HRV necesitan control de heladas
Con un HRV, si el aire saliente tiene suficiente humedad y el aire entrante es lo bastante frío, se formará escarcha en el núcleo. Además, los HRV tienen una bandeja de drenaje y un conducto de condensado para eliminar el exceso de líquido, y ambos son susceptibles de helarse. En general, los núcleos de los HRV se congelan cuando las temperaturas exteriores descienden hasta los 20 grados bajo cero (°F). Cuando se produce escarcha, se restringe el flujo de aire y se deteriora el proceso de ventilación.
Hay varias estrategias de prevención de heladas y descongelación para los sistemas de recuperación de calor aire-aire que pueden emplear las HRV:
| Estrategias de prevención de heladas | |
|---|---|
|
Bobina de precalentamiento para calentar el aire exterior |
El control de la escarcha por precalentamiento es una estrategia preventiva que puede utilizarse con cualquier recuperador de calor aire-aire. El objetivo es evitar que se produzca escarcha dentro del intercambiador de calor, manteniendo una ventilación del 100% o continua. La recuperación de calor se reduce, porque la diferencia de temperatura entre el aire exterior precalentado y el aire de retorno ha disminuido. Las baterías de calefacción (eléctricas, de vapor o de agua caliente) se montan en conductos o se integran en la unidad en la corriente de aire exterior, de modo que la temperatura del aire exterior entrante se preacondiciona a una temperatura superior al umbral de congelación. Aunque el precalentamiento suele tener unos costes iniciales más elevados, puede suponer un importante ahorro de funcionamiento en climas en los que se requiere un control de las heladas durante un largo periodo de tiempo. |
|
Compuerta frontal y de derivación |
El control de las heladas frontales y de bypass es una estrategia preventiva que puede utilizarse en placas planas, tubos de calor e intercambiadores de ruedas giratorias. A medida que el aire exterior se enfría, las compuertas frontales y de derivación situadas aguas arriba del intercambiador de calor se modulan para reducir la cantidad de aire exterior que circula por el intercambiador. Esto reduce la cantidad de calor recuperado y mantiene la temperatura de escape por encima del umbral de congelación. Con esta estrategia, no se interrumpe la ventilación ni se despresuriza el edificio, lo que elimina la posibilidad de que se produzcan corrientes de retorno de los aparatos de combustión al espacio ocupado. La menor temperatura de salida del aire de impulsión requeriría potencialmente un posacondicionamiento, o algún tipo de recalentamiento terminal dentro del espacio para garantizar que los ocupantes sigan estando cómodos en condiciones extremas. |
| El intercambiador de calor puede controlarse para garantizar que no se forme escarcha en el aire de retorno reduciendo la eficacia y, en consecuencia, suprimiendo el umbral de escarcha. Por ejemplo, se puede reducir la velocidad de giro de las ruedas, ralentizar las bombas de circulación, equipar los tubos de calor con válvulas de control o inclinarlos. Como el intercambiador de calor recupera menos calor, se necesita más calentamiento en el proceso posterior. | |
| Estrategias de descongelación | |
|---|---|
|
Desescarche por el tubo de escape: |
La descongelación sólo por extracción es una de las estrategias más rentables y sencillas de aplicar. Descongela periódicamente el hielo que se forma en el intercambiador de calor apagando el ventilador de impulsión para eliminar la fuente de aire frío, mientras utiliza el aire de escape caliente para calentar el intercambiador. Cuando la unidad entra en un ciclo de desescarche, el ventilador de extracción sigue funcionando, el ventilador de impulsión se desenergiza y la compuerta de aire exterior se cierra. Este método es el más utilizado con intercambiadores de placas planas o de tubos de calor y es ideal para aplicaciones de control de la fuente en las que se requiere un escape continuo. Un inconveniente de este método es que la ventilación se interrumpe cuando el ventilador de suministro se apaga durante el ciclo de desescarche, lo que puede no ser aceptable, ya que el equipo puede no cumplir los requisitos de IAQ definidos por la Norma 62.1 de ASHRAE. Esto también crea una presión interior negativa, que provoca infiltraciones. |
|
Recirculación Desescarche |
El desescarche por recirculación también es rentable y sencillo, y se suele utilizar en sistemas comerciales ligeros autónomos de recuperación de calor aire-aire que no se usan como sistema de ventilación principal. La formación de hielo en el intercambiador de calor se descongela periódicamente apagando el ventilador de extracción, cerrando las compuertas de aire exterior y de extracción y abriendo una compuerta de aire de recirculación para eliminar la fuente de aire frío. Cuando la unidad entra en un ciclo de desescarche, el ventilador de impulsión permanece encendido para recircular el aire de extracción del edificio de vuelta al espacio ocupado. El aire de salida pasa por el intercambiador de calor y proporciona desescarche en ausencia de aire exterior frío. Un inconveniente de este método es que la ventilación se interrumpe cuando el extractor se apaga durante el ciclo de desescarche. Esto puede no ser aceptable en todas las aplicaciones y puede no cumplir los requisitos de IAQ establecidos en la Norma 62.1 de ASHRAE. Sin embargo, puede ser aceptable en climas más moderados, donde las heladas sólo se producen durante las horas desocupadas, unas pocas horas al año. |
ERV y escarcha
Los ERV no necesitan control de heladas el 99% de las veces
Las ERV son mucho menos susceptibles a las heladas que las HRV por varias razones. La primera es que los núcleos de los ERV transfieren la humedad en estado gaseoso y evitan la condensación líquida, eliminando así la necesidad de bandejas de drenaje y conductos de condensación. Por tanto, las zonas de las HRV más propensas a la formación de hielo ni siquiera están presentes en las ERV.
En este sentido, como los ERV también recuperan la humedad mediante un núcleo entálpico, se frena la formación de escarcha. Esto se debe a la capacidad de los ERV de transferir humedad entre las dos corrientes de aire. Posteriormente, este proceso impide la formación de escarcha porque cualquier líquido en el núcleo está en forma de agua ligada, que es más difícil de congelar. Si se forma escarcha en caso de humedad interior extremadamente alta y temperaturas exteriores muy bajas, se descongela rápidamente.
Por ejemplo, una ERV residencial típica tendrá un umbral de congelación hasta 18°F más bajo que una HRV similar en condiciones interiores de 70°F y 30% de humedad relativa (HR). En general, es posible que los núcleos de las ERV no desarrollen problemas de formación de hielo hasta que las temperaturas exteriores desciendan hasta los diez grados bajo cero (°F).
En condiciones climáticas extremas, las ERV se consideran la opción óptima en comparación con las HRV. Esto se debe a que cuando los HRV se encuentran en situaciones con un gran gradiente de temperatura entre las corrientes de aire, y al menos una de esas corrientes de aire está aunque sea ligeramente humedecida, es seguro que se producirá condensación en la unidad. El resultado puede ser la aparición de moho y el deterioro de la calidad del aire.
No es el caso de las ERV. Aquí tienes varios gráficos psicométricos que demuestran la gran eficacia de las ERV:
Comprobación de la realidad: Condiciones interiores en invierno
¿Cómo son realmente las condiciones interiores en invierno? ¿Siempre hay 70°F con una humedad relativa del 40-60%? Aunque esto se considera «ideal», normalmente no es así en invierno. Eso se debe a la relación binaria entre la temperatura exterior y la humedad relativa interior. Cuanto más frío haga fuera, menor será, naturalmente, la humedad relativa interior.
De hecho, en climas extremadamente fríos, se recomienda que los niveles de humedad relativa interior se mantengan intencionadamente más bajos. Esto se debe a que si la humedad es demasiado alta, es probable que se acumule humedad en las cavidades de paredes y áticos y cause daños estructurales. Además, puede formarse moho, que tiene el potencial de enfermar a las personas. A continuación figura una lista elaborada por el Departamento de Servicios Públicos de Minnesota sobre los niveles ideales de humedad relativa interior en invierno. Se basa en ventanas de doble acristalamiento y una temperatura interior de 70 °F. Observa que cuanto más baja sea la temperatura exterior, más baja debe ser la humedad relativa interior:
|
Temperatura exterior |
Humedad relativa interior recomendada |
|
20-40°F |
No más del 40 |
|
10-20°F |
No más del 35%. |
|
0-10°F |
No más del 30%. |
|
-10-0°F |
No más del 25%. |
|
-20–10°F |
No más del 20%. |
|
Inferior a -20°F |
No más del 15 |
Figura 4: Niveles ideales de humedad relativa interior en invierno basados en ventanas de doble acristalamiento y una temperatura interior de 70°F.(Fuente: Departamento de Servicios Públicos de Minnesota)
Además, la relación binaria entre la temperatura del aire exterior y la humedad relativa interior respalda la capacidad de los ERV para combatir las heladas. Esto se debe a que cuando la temperatura exterior desciende, los niveles de humedad interior también descienden significativamente. Por eso, cuanto más frío hace -y con el correspondiente descenso de la humedad relativa interior- más difícil es que se congele el núcleo de la ERV.
La rara posibilidad de que un ERV se congele
Entonces, ¿cuándo puede congelarse un ERV? Es muy raro; de hecho, durante la fuerte ola de frío de 2020-2021 en Norteamérica, RenewAire no recibió ninguna llamada sobre congelación de núcleos. Es más, se utilizó una ERV RenewAire para ayudar a asegurar un registro de hielo de 40.000 años de antigüedad del Polo Sur. En ese caso, la ERV funcionó sin problemas en condiciones de -40 °F.
Además, se hizo un estudio en Alaska para determinar si las ERV podían funcionar en climas fríos sin fallos por congelación. Descubrió que «no se observaron casos de fallos mecánicos debidos a un exceso de escarcha en los sistemas, lo que puede indicar que todas las unidades disponen de estrategias de descongelación adecuadas para su uso en climas fríos».
RenewAire se atiene a nuestra política de control de las heladas, que establece: «El núcleo de intercambio de energía ERV de RenewAire funciona sin condensación ni escarcha en condiciones normales de funcionamiento (definidas como temperaturas exteriores superiores a -10°F y humedad relativa interior inferior al 40%). Ocasionalmente, condiciones más extremas no afectarán al funcionamiento, rendimiento o durabilidad habituales del núcleo. Sin embargo, para garantizar un buen rendimiento del producto, evita cruzar la curva de saturación en un gráfico psicométrico». Esto se demuestra en la figura 5: Hay que tener en cuenta que, si se produce alguna helada, ésta es distinta de la congelación del núcleo. Por tanto, si se produce escarcha, recomendamos utilizar una de las estrategias de descongelación ASHRAE enumeradas anteriormente. Éstas incluyen la utilización del aire de salida o la aplicación de la recirculación para fundir la escarcha.
Sin embargo, en muy raras ocasiones, puede producirse la congelación del núcleo de una ERV. Por ejemplo, le ocurrió a una de nuestras ERV en una tormenta perfecta de condiciones adversas. La instalación era un gran gimnasio de clima frío -con muchas duchas- situado entre una piscina olímpica y un gran hospital. Ni que decir tiene que había muchas fuentes de humedad.
Además, el hospital impedía que el aire de los vestuarios entrara en el edificio, los extractores eran defectuosos, no había ninguna pared construida para proteger de la humedad y la puerta de las instalaciones era endeble. En consecuencia, los niveles de humedad relativa interior eran muy superiores al 50%. Combínalo con las duras temperaturas invernales y voilá: el núcleo de la ERV congelado. Se llamó a un técnico y el problema se solucionó rápidamente.
Figura 5: Prueba de congelación del núcleo RenewAire mediante gráfico psicrométrico. Esta es una representación de B y C cruzando una línea. Si quieres mantener C, baja las condiciones interiores de B a A o representa una condición interior real o no una condición de diseño. (Fuente: RenewAire)
Certificaciones HVI y Energy Star
Antes de terminar, veamos brevemente los distintos tipos de certificaciones HRV y ERV que existen, centrándonos en las aplicaciones residenciales. Las dos organizaciones principales son ENERGY STAR y el Instituto de Ventilación Doméstica (HVI). Ambas comprueban todos los aspectos del funcionamiento de los sistemas, incluido el control de las heladas.
En relación con las situaciones de clima frío, afirman lo siguiente:
- Para obtener la certificación ENERGY STAR, se examinan los siguientes atributos:
- Los productos deben probarse y cumplir los requisitos de eficiencia de recuperación de calor sensible (SRE) a 0 °C (32 °F) y -25 °C (-13 °F).
- Los productos deben cumplir los requisitos de eficacia del ventilador en una prueba que también cumpla los requisitos del SRE a 0 °C (32 °F).
- Todos los caudales netos de aire de impulsión en las pruebas utilizadas para cumplir los requisitos de SRE y de eficacia de los ventiladores deben estar dentro de un margen del 10% entre sí.
- Para obtener la certificación del Home Ventilating Institute, se examinan los siguientes atributos:
- Rendimiento en temporada de calefacción: Se trata de una prueba obligatoria para la Certificación HVI a 0 °C (+32 °F) y 75% de humedad relativa para el aire exterior y a 22 °C (71,6 °F) y 40% de humedad relativa para el aire interior. Esta prueba representa el rendimiento energético típico en estado estacionario del HRV/ERV. El rendimiento es más comparable utilizando estos datos de Rendimiento en la Temporada de Calefacción debido a la ausencia de formación de escarcha.
- Prueba de temperatura muy baja: Se trata de una prueba opcional para la Certificación HVI. La Prueba de Temperatura Muy Baja se realiza normalmente a -25°C (-13°F) y a 22°C (71,6°F) y 40% de humedad relativa para el aire interior, aunque el fabricante puede optar por realizar esta prueba a cualquier temperatura exterior por debajo del punto de congelación. La duración de la prueba es de 72 horas. El caudal de aire de suministro neto y todos los demás valores de rendimiento energético se calculan utilizando las medias de las últimas 60 horas de la prueba.
En resumen
En la era COVID-19, los edificios saludables son de vital importancia, por lo que una ventilación mayor y equilibrada es un componente vital. Para conseguirlo, la mejor opción es una HRV o una ERV. Ambas son eficaces para mejorar la IAQ al tiempo que ahorran energía, pero con la recuperación total de energía, las ERV son superiores para combatir las heladas.
Además, las ERV ahorran más energía gracias a su recuperación total de energía. También ofrecen deshumidificación del aire exterior que entra en el interior en verano. Por último, los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado pueden reducirse porque disminuyen las cargas sensibles y latentes. Así pues, está claro que las ERV son una opción ideal para cualquier tipo de clima, incluidos los más fríos de Norteamérica.
Para más información sobre el papel esencial de la ventilación en la creación de edificios saludables, ponte en contacto con RenewAire hoy mismo para especificar una ERV.
