Nuevo libro presenta a los propietarios de viviendas los fundamentos de los sistemas mecánicos y de ventilación

Para leer más sobre la calidad del aire interior de 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. A medida que este capítulo tomaba forma en 2021, el noroeste del Pacífico en los EE. UU. no solo estaba rompiendo sino destruyendo récords de calor. Portland, Oregón, alcanzó los 113 °F. Las temperaturas en Portland, Maine, alcanzaron los 90 grados en junio, algo raro. Históricamente en Maine, la brisa del mar, las montañas, la cubierta arbórea y, por supuesto, la latitud norte ayudan a mantener los veranos templados. Incluso en agosto, los máximos promedio en Portland rara vez alcanzan los 90 °F, y los mínimos promedio suelen estar por debajo de los 60 °F. Pero los avisos de calor de verano son cada vez más comunes.

Obviamente, esto apunta a la necesidad de una acción inmediata sobre el calentamiento global, pero también significa que muchos de nosotros estamos incluyendo o adaptando aire acondicionado (AC) en nuestros proyectos, a menudo por primera vez.

Al igual que con el calentamiento, la mejor primera respuesta para un PGH es disminuir la carga (consulte el Capítulo 4 para obtener más información). Voladizos que bloquean el sol de verano pero dejan entrar el sol de invierno de ángulo más bajo, árboles de hoja caduca o enredaderas que solo bloquean el sol cuando hay hojas, uso cuidadoso de ventanas, persianas y revestimientos de baja emisividad y, por supuesto, aislamiento y sellado de aire. todos mantendrán su carga de enfriamiento baja. Las cosas simples ayudan: abrir las ventanas por la noche para que la casa entre aire más fresco y luego cerrarlas durante el día para evitar que entre 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, incluso un PGH tarde o temprano se calentará de manera incómoda. Si está calentando con bombas de calor de fuente de aire o tierra, ya tiene una fuente de aire acondicionado. Esencialmente, solo está invirtiendo la operación del sistema, capturando el calor del interior y liberándolo al exterior. Al igual que con la calefacción, se debe diseñar un sistema de enfriamiento para que coincida con 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 está acostumbrado a ver están haciendo esencialmente el mismo trabajo que las unidades exteriores de un mini-split. Su eficiencia ha mejorado significativamente en la última década. Se combinan bien con los sistemas de aire caliente forzado, utilizando el mismo conducto. 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 la refrigeración. Son más simples, más económicas y más eficientes que las bombas de calor en climas secos (y son bastante fáciles de fabricar), 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 cambie o limpie los filtros. Energy Star de la EPA es una buena guía para la eficiencia de las unidades.

Independientemente de cómo enfríe su PGH, tenga cuidado con 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 en una superficie fría. El número mágico aquí es el punto de rocío. Una función de la humedad relativa y la temperatura, el punto de rocío es la temperatura a la cual 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 ellos el moho y la podredumbre.

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 disminuir la humedad (reduciendo así el punto de rocío). En un clima cálido y húmedo, el punto de rocío de verano puede estar por encima de los 70 °F, y a 90 °F y 72 % de humedad relativa (que puede ocurrir en las partes húmedas de los 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. Refrescamos nuestro cuerpo sudando: es mucho más fácil para nuestros cuerpos deshacerse de ese sudor a través de la evaporación en un aire más seco. "No es el calor, es la humedad" es, de hecho, exactamente correcto.

En su mayor parte, Pretty Good House busca simplificar la construcción de alto rendimiento al proporcionar 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 modelado energético. 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 falsifican para facilitar las cosas al proveedor o contratista. El sobredimensionamiento de los equipos a menudo no es deseable, ya que las bombas de calor funcionan de manera más eficiente cerca de su capacidad máxima y su eficiencia se reduce drásticamente si se sobredimensionan. Los acondicionadores de aire de gran tamaño no pueden deshumidificar el aire de manera efectiva.

Independientemente del sistema que elija para calentar, enfriar o ventilar, diseñar el sistema con cuidado es fundamental. Si tiene suficiente capacidad de calor para alcanzar la temperatura más fría absoluta que jamás alcanzará, que podría ser de solo 15 horas por año, su sistema estará sobredimensionado los otros 364 días y 9 horas. En cambio, usamos lo que se llama una temperatura de diseño. Por lo general, es una temperatura vinculada a un porcentaje del año en el que ocurrirá.

Por ejemplo, el manual de ASHRAE enumera las temperaturas de diseño para 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 los 3,2 °F el 99 % del año. Algunos gráficos también incluirán el número del 98%. Para el enfriamiento, nuestros números 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 está moviendo la cantidad de aire esperada? Es un paso que a menudo se pasa por alto pero es crítico, especialmente en un hogar de alto rendimiento, donde las eficiencias pueden perderse fácilmente debido a un mal funcionamiento del equipo. Cubrimos lo que está involucrado en detalle en el Capítulo 10 sobre verificación y educación del cliente.

La verificación de que el equipo está funcionando según lo diseñado se denomina "puesta en servicio", que 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 entienda cosas como los programas de mantenimiento, el reemplazo o la limpieza del filtro, y a quién llamar para el servicio o las reparaciones. Asegúrese de tener un plan para la puesta en marcha antes de contratar el trabajo a realizar. Si el instalador no planea hacerlo, dígale que usted lo está planeando y que necesitarán hacer correcciones si el equipo no está funcionando según las especificaciones.

La deshumidificación es un complemento esencial para la refrigeración en climas húmedos. La mayoría de los acondicionadores de aire, incluidas las bombas de calor, pueden manejar la deshumidificación. Simplemente soplan el aire cálido y húmedo sobre los serpentines fríos (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, para el caso, 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 lo suficiente para deshumidificar el aire. Esto puede hacer que la unidad pase al modo "seco", lo que reduce drásticamente la temperatura de los serpentines para condensar más vapor de agua del aire acondicionado, utilizando una cantidad significativa de energía en el proceso. También puede usar un deshumidificador independiente, pero estos deben vaciarse o conectarse a un desagüe y, por lo general, hacen un buen trabajo al deshumidificar el área inmediata, pero no toda la casa. Muchas casas antiguas en Maine tienen sótanos húmedos, y no es raro tener un deshumidificador funcionando gran parte del año. Los deshumidificadores pueden consumir mucha energía, así que investiga detenidamente si vas por ese camino. Si necesita deshumidificar la casa con frecuencia, un sistema separado con su propio sistema de conductos será mucho más eficaz y eficiente.

La humedad, por supuesto, puede ser un problema durante todo el año. Además 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, las mascotas y simplemente respirar. Los higrómetros digitales económicos (dispositivos que miden la humedad relativa) pueden ayudarlo a controlar los niveles de humedad. Por lo general, las casas se mantienen mejor entre 30% y 50% de humedad relativa. En invierno, caer por debajo del 30% puede provocar todos los problemas del aire seco (piel agrietada, sangrado de la nariz, etc.). En verano, superar el 60% puede provocar condensación y problemas de confort. Una casa excesivamente seca no es peligrosa para la estructura como lo es una excesivamente húmeda.

La ventilación es la pieza final 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 simple y común instalar una campana extractora y un ventilador de baño. Estas unidades deben estar ventiladas hacia el exterior: las campanas extractoras sin ventilación con recirculación o los ventiladores de baño con ventilación en 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 amortiguadores efectivos 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 constructores y diseñadores en la última década o dos. El estándar más utilizado para la ventilación se llama ASHRAE 62.2. ASHRAE es la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado, y el Estándar 62.2 se titula Ventilación y calidad aceptable del aire interior en edificios residenciales. Es la base para la mayoría de los requisitos de ventilación del código de construcción.

El prólogo establece que "La norma describe los requisitos mínimos para lograr una IAQ aceptable a través de la ventilación de la unidad de vivienda... La ventilación de la unidad de vivienda está destinada a diluir las emisiones contaminantes inevitables de las personas, los materiales y los procesos de fondo".

La cocina es uno de los principales contribuyentes a la calidad del aire interior deficiente. Si tiene una estufa de gas, el escape de combustión (incluido el monóxido de carbono y el formaldehído) es un problema incluso antes de comenzar a cocinar. A menudo recomendamos estufas de inducción, ya que todas son eléctricas, muy seguras y de bajo consumo.

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

Suponiendo que eventualmente se cansará de los dos últimos, concentrémonos en las campanas extractoras. Hay dos partes para medir qué tan bien expulsan: el movimiento del aire y el área de captura. El primero se mide en pies cúbicos por minuto (cfm). Hay 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 sin sobrecargar.

En una casa razonablemente hermética, hay otra complicación. A menos que haya un agujero en alguna parte que deje entrar tanto aire como el que intenta expulsar, la campana extractora o el ventilador de la bañera no servirán de mucho. En una casa con corrientes de aire, hay muchos lugares para que entre ese aire de reposición, pero en un PGH debe planificarlo.

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

Cada vez más fabricantes de campanas extractoras venden kits de aire de reposición, 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 mueva 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 solo está expulsando aire acondicionado fresco. El área de captura efectiva está en 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 unas 10 pulgadas por encima de los quemadores. Sin embargo, esto haría que sea un poco difícil de cocinar, así que hacemos concesiones. Cuanto más pequeña es la campana y más lejos de la estufa, más ineficaz es.

Esto es especialmente cierto para las campanas de isla, que tienen que aspirar aire de los cuatro lados y no tienen el protector contra salpicaduras ni los gabinetes superiores que flanquean para ayudar a dirigir el aire hacia la campana.

Los ventiladores de baño son más simples pero aún requieren un poco de reflexión. Especialmente en un clima frío, el aire cálido y húmedo que sale de la ducha puede condensarse fácilmente en los conductos de escape, y debes asegurarte de que el condensado frío no gotee sobre tu cabello recién lavado con champú o se acumule en los conductos y crezca moho. o moho. Con una unidad que ventila a través de una pared, asegúrese de que el sistema de conductos se incline ligeramente hacia el exterior para que el condensado pueda escapar. Además, ensamble los conductos para 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 lo tanto, por encima del punto de rocío) mediante un cuidadoso aislamiento y sellado de 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 contaminación del aire y humedad, ¿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 lo tanto no tiene necesidad de respirar. Lo que tiene que hacer es mantenerse seco. Los ocupantes, por otro lado, sí 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 sabe de dónde viene el aire de entrada o hacia dónde va el aire de escape, por lo que puede tener una IAQ buena o mala dependiendo de qué dirección sople el viento y qué tan fuerte. ¿Está sacando aire del prado de al lado o del espacio de acceso mohoso? ¿Está empujando hacia el exterior o hacia la cavidad de una 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, debe ser más deliberado. En los dormitorios, el CO2 de la respiración puede acumularse fácilmente durante la noche hasta niveles nocivos para la salud. Durante las muchas horas del día en que ni el ventilador del baño ni la campana extractora están funcionando, todavía hay contaminantes en el interior que deben diluirse y humedad que debe eliminarse. La forma de abordar esto es a través de un sistema de ventilación bien diseñado. Los elementos esenciales son que el sistema sea:

Hay una trampa: 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, por definición, implica un intercambio de aire acondicionado (refrigerado, 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 sobreventilación. 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 CO2 puede ayudar a ajustar el sistema una vez que esté en su lugar.

Los sistemas más comunes para proporcionar una ventilación equilibrada son los ventiladores de 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 en la corriente de aire, efectivos 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 canalizan desde una unidad central a los espacios principales de la casa, saliendo de las áreas que generan humedad y olores y suministrando 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 tienen el mismo sistema que el resto de la casa.

Algunas casas usan ventilación de escape solamente, esencialmente dejando un ventilador de baño funcionando a baja velocidad continuamente. Esto generalmente ahorra dinero al principio, pero la energía ahorrada con la ventilación balanceada finalmente se paga sola, y debido a que el aire entrante se filtra en lugar de entrar a través de espacios aleatorios en la estructura, la calidad del aire interior también debería ser mejor.

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