¿Ventilador de techo y aire acondicionado: una combinación sensata?

¿Ventilador de techo y aire acondicionado: una combinación sensata?

Es verano, y en esta temporada, un poco de confort térmico es bienvenido. En esta ocasión, la cuestión del acoplamiento entre ventilador de techo y aire acondicionado está sobre la mesa. Ciertamente, existe una diferencia física real entre estos sistemas. Desde el punto de vista energético, la circulación de aire tiene un impacto reducido, mientras que el aire acondicionado implica un consumo significativo. Analicemos juntos esta combinación de aire acondicionado y ventilación durante la temporada cálida.

¿Un diseño pasivo y bioclimático para evitar el uso del aire acondicionado?

Un diseño optimizado del edificio, que recurra a los principios del diseño pasivo [1] y del bioclimatismo [2], tiene a menudo como objetivo limitar o incluso evitar por completo el uso del aire acondicionado.

Cada vez más frecuentemente realizado por los estudios térmicos, la simulación térmica dinámica (STD) integra las características del edificio y de su entorno. También se tienen en cuenta las aportaciones de calor internas, ya provengan del funcionamiento de los sistemas (iluminación, informática, etc.) o del calor corporal de las personas (entre 80 y 100 W por persona). La STD permite, por tanto, estimar de manera previa las horas de incomodidad térmica estival, habitación por habitación.

Para las viviendas nuevas o los centros educativos, la normativa claramente ha promovido durante varios años evitar el uso del aire acondicionado.

En un diseño pasivo y bioclimático, afrontar los periodos de altas temperaturas suele asociarse a la instalación de ventiladores de techo que, por sí solos, proporcionan un confort suficiente a los ocupantes.

No obstante, existen numerosos casos en los que este esquema ideal encuentra sus límites.

[1] consumo energético invernal y estival cercano a cero

[2] consideración del lugar de ubicación

Edificios existentes: ¿cómo abordar el malestar térmico en verano?

Algunos edificios antiguos, con muros muy gruesos y por lo tanto con alta inercia térmica, resisten bastante bien los episodios de calor intenso sin recurrir al aire acondicionado, siempre que los ocupantes adopten prácticas sencillas. Limitar la entrada de calor solar cerrando las persianas es un ejemplo de ello.

Desafortunadamente, en muchos casos, especialmente en construcciones del periodo 1948-1974, el malestar térmico suele volverse insoportable debido a una baja inercia o a grandes superficies acristaladas. Así, en ausencia de una renovación global que integre el confort estival, los aires acondicionados comienzan a proliferar en las fachadas.

El funcionamiento de estas unidades de refrigeración agrava los conocidos «islas de calor urbanas», zonas de sobrecalentamiento que acumulan todos los defectos posibles. Los suelos oscuros asfaltados acumulan la energía solar, la ausencia de vegetación impide la evapotranspiración… y los compresores de aire acondicionado liberan calor al exterior, creando un bucle de retroalimentación, un círculo vicioso del que sería necesario salir.

Edificios nuevos: buenas intenciones y realidad

Al doblar una calle, una “verruga”: un compresor de aire acondicionado en un edificio eco-diseñado. O un nuevo eco-barrio en el que los aires acondicionados se instalaron a posteriori. O, el clásico de siempre: la falsa instalación de aire acondicionado “solo en modo calefacción”, supuestamente destinada únicamente a la calefacción, conforme a la normativa térmica. Tras la entrega del edificio y la certificación de conformidad con la normativa, un técnico complaciente lo desbloquea para que funcione en modo refrigeración, con la amable cooperación de los fabricantes de aire acondicionado, que saben perfectamente lo que sucede.

Cambio climático: ¿Aire acondicionado para prepararse ante un calentamiento inevitable?

Los discursos alarmantes sobre el cambio climático y el aumento de las expectativas de confort térmico conducen a una triste realidad: el aire acondicionado se está generalizando[3].

[3] Ver estudio Observ’ER, Seguimiento del mercado 2019 de bombas de calor individuales, página 20.

Francia de Ultramar: ¿El aire acondicionado imprescindible en verano?

En los DOM situados en la zona intertropical, los veranos suelen ser muy calurosos (y húmedos, lo que aumenta el malestar térmico).

En estos territorios, el funcionamiento mixto de aire acondicionado y brasseurs de aire ya está muy presente, y puede aportar enseñanzas útiles para las zonas templadas.

Ventiladores de techo y velocidad del aire: ¿qué impacto en la temperatura percibida?

La presencia de ventiladores de techo permite una ganancia en la temperatura percibida según la velocidad del aire.

Como muestra la guía de ventilación de Woods, una velocidad de aire de 0,7 m/s permite un aumento equivalente de 2 °C en la sensación térmica.

Figura 1 – Valores extraídos de la Guía Práctica de Ventilación – Woods, válidos para condiciones medias de humedad y vestimenta

Aumentar la consigna del aire acondicionado para ahorrar energía

Tomemos una habitación de 20 m² con 2,50 m de altura bajo techo, es decir, un volumen de 50 m³.

En esta habitación, un simple ventilador de techo suele ser suficiente para obtener el confort deseado. Para ventiladores de techo de buen rendimiento, la potencia en velocidad máxima se aproxima a 50 W.

En cuanto al aire acondicionado, según la naturaleza del edificio, las necesidades suelen estar entre 25 y 50 W por m³. Esto equivale a una potencia mínima de 1250 W y máxima de 2500 W.

Así, un ventilador de techo representa entre 1/20^º y 1/50^º de la potencia de un sistema de aire acondicionado para el mismo volumen.

Está claro que cada grado ganado gracias al ventilador de techo permite ahorrar en el consumo de aire acondicionado.

Un estudio estadounidense, confirmado por numerosos datos de campo, evalúa entre un 7 y un 10% el ahorro energético por cada grado de ajuste de la consigna del aire acondicionado.

El sitio del CBE (Center For the Built Environment) de la Universidad de Berkeley en California ofrece en línea una herramienta para medir el impacto de modificar las consignas de aire acondicionado en sistemas VRV (Volumen de Refrigerante Variable).

La herramienta disponible aquí permite parametrizar las consignas de calefacción y refrigeración.

Figura 2: vista del calculador del punto de consigna del CBE, en navegador Chrome

Se observa que al aumentar la consigna de enfriamiento en 2°C, los ahorros llegan al 22,3%. Cabe destacar que el ventilador mencionado en el gráfico corresponde, a priori, a los auxiliares del sistema VRV, no a los ventiladores de techo.

Para realizar simulaciones en otras ciudades de Francia, es posible utilizar un comparador meteorológico.

El ejemplo presentado aquí muestra que, dado que una velocidad de aire de 0,7 m/s permite ganar 2°C en la consigna del aire acondicionado, y que el consumo de los ventiladores de techo representa una parte despreciable del consumo de aire acondicionado, un ahorro entre 7 y 10% por cada grado de aumento en la consigna parece completamente coherente.

Desestratificar para homogeneizar mejor la frescura

El frío emitido por las unidades de aire acondicionado tiende naturalmente a descender. La presencia de un ventilador de techo permitirá distribuir mejor el aire frío por toda la estancia y, por lo tanto, facilitará el aumento de la consigna.

Romper los flujos direccionales de aire frío

Algunos sistemas de aire acondicionado tienden a enviar corrientes de aire que generan incomodidad para las personas situadas en el flujo frío.

Sin embargo, las tasas de renovación de aire (relación entre el caudal de aire y el volumen de la estancia) se sitúan como máximo en 5 volúmenes por hora en aire acondicionado, mientras que un ventilador de techo alcanza una tasa de renovación de 138 volúmenes por hora a velocidad máxima[4]. De este modo, el chorro de aire frío se rompe y se distribuye mejor por toda la estancia.

[4] Basado en un caudal de aire de 6900 m³/h para un volumen de estancia de 50 m³.

La combinación exitosa de la climatización y el ventilador de techo

Cabe recordar que un buen diseño del edificio, ya sea nuevo o en renovación, permite limitar o incluso eliminar totalmente el uso de la climatización.

Dicho esto, en los casos en que este diseño no pueda llevarse a cabo, es posible ahorrar energía al mismo tiempo que se mejora el confort térmico, fomentando un funcionamiento combinado entre la producción de frío y la circulación del aire mediante ventiladores de techo.