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Sep 11, 2023

La calefacción y la refrigeración se vuelven más simples y más complicadas a medida que pasa el tiempo

Se está produciendo un retorno a los refrigerantes simples, con la comercialización del dióxido de carbono

Se está produciendo un retorno a los refrigerantes simples, y el dióxido de carbono se comercializa como R744. Por supuesto, en los edificios comerciales, los sistemas HVAC son cualquier cosa menos simples, utilizan tecnologías inteligentes para anticipar las necesidades energéticas y, por lo tanto, funcionan de manera más eficiente que en los días de los termostatos simples. imágenes falsas

La humanidad ha estado usando energía para generar calor durante 1 a 2 millones de años. De acuerdo con la oficina de patentes de EE. UU., hemos estado utilizando la energía para ir en la otra dirección, eliminando el calor, durante menos de 200 años. Esa es una gran diferencia, pero por supuesto es fácil de explicar. El primero fue una cuestión de averiguar cómo iniciar y controlar el fuego, un fenómeno natural; el segundo requería maquinaria y no estaba destinado a tener lugar hasta algún tiempo después del comienzo de la Revolución Industrial.

La primera patente para una máquina enfriadora se emitió en 1851. Aunque no fue un éxito comercial, demostró que los principios mecánicos podían usarse para enfriar un fluido con éxito. Diseñado por un médico, John Gorrie, para enfriar las habitaciones de los pacientes, el sistema comprimía el aire ambiente (que lo calentaba), extraía parte del calor y luego liberaba la presión (lo que lo enfriaba). En la configuración de Gorrie, el proceso de enfriamiento extrajo calor de una solución de salmuera, bajando su temperatura a unos 26 grados F. A partir de ese momento, era una cuestión simple colocar bandejas llenas de agua en la salmuera para hacer hielo. Willis Carrier usó un concepto similar de comprimir un gas para diseñar el primer sistema de aire acondicionado moderno en 1902.

Otros desarrolladores utilizaron otros gases, como éter y amoníaco. El amoníaco todavía se usa en algunos sistemas hasta el día de hoy, pero muchos de los otros primeros gases fueron eliminados y reemplazados por refrigerantes sintéticos. A lo largo de los años se ha utilizado una sopa de letras de compuestos, pero la legislación medioambiental ha acabado con muchos de ellos.

Las personas que sintonizaron un seminario en línea reciente, "Tendencias en la fabricación de HVAC", aprendieron que la última tendencia es simplificar el asunto mediante el uso de dióxido de carbono para el refrigerante. Organizada por T-Drill con una contribución de la Asociación de Desarrollo del Cobre, la sesión discutió el uso de CO2 (comercializado como R744), nuevos diseños de sistemas con tuberías más resistentes y las aleaciones y herramientas necesarias para construirlos.

Las dos ventajas del CO2 son su contribución al agotamiento del ozono (que es nula) y su contribución al calentamiento global (casi nula). El gas de referencia para el potencial de calentamiento global (GWP) es el CO2, que tiene una calificación de 1. El R22 basado en freón tiene una calificación de 2400, lo que significa que 2400 lbs. de CO2 tiene el mismo GWP que 1 lb. de R22.

Usar CO2 tiene un par de desventajas. En primer lugar, aunque es un compuesto natural, es más pesado que el aire, por lo que si un sistema tiene una fuga y desplaza el aire ambiental, presenta un peligro de asfixia. En segundo lugar, un sistema que utiliza R744 requiere presiones de sistema más altas y genera temperaturas más altas que los sintéticos (1300 a 1900 PSI y 320 grados F). No hace falta decir que esto ha llevado a repensar el diseño del sistema y el uso de una aleación de cobre con hierro adicional para mayor resistencia: C19400. Tiene un 97 % de cobre con algo de contenido de hierro, del 2,1 % al 2,6 %, para que sea más resistente que el cobre estándar utilizado para los sistemas HVAC, C12200.

Aunque el material es más resistente (la máxima resistencia a la tracción es de 68 000 PSI frente a 50 000 PSI del C12200), no es demasiado duro. La CDA califica al C19400 como "excelente" para el trabajo en frío y T-Drill informa que se encuentra dentro del rango de trabajo de sus herramientas.

Por supuesto, los sistemas modernos de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) para edificios comerciales hacen mucho más que sus predecesores. Aquí es donde las cosas empiezan a complicarse.

Todos queremos reducir las facturas y el consumo de energía, ¿no? Por supuesto lo hacemos. Como parte de este esfuerzo, los últimos sistemas de control HVAC tienen muchos más sensores que nunca y tienen capacidad de autosupervisión, análisis e informes (SMART).

Las personas que sintonizaron un seminario en línea reciente, "Tendencias en la fabricación de HVAC", aprendieron que la última tendencia es simplificar el asunto mediante el uso de dióxido de carbono para el refrigerante. Organizada por T-Drill con una contribución de la Asociación de Desarrollo del Cobre, la sesión discutió el uso de CO2 (comercializado como R744), nuevos diseños de sistemas con tuberías más resistentes y las aleaciones y herramientas necesarias para construirlos.

Muchos factores afectan la calefacción o refrigeración necesaria en un edificio comercial o industrial, como la época del año, la temperatura exterior y la cantidad de personas en el edificio (o en una parte del edificio). Los sensores del sistema SMART miden la temperatura, la humedad, el CO₂ y la ocupación para mantener la comodidad del edificio. El sistema de control crea un perfil para que pueda anticipar las necesidades de energía en lugar de simplemente reaccionar. En lugar de que la caldera o la porción de CA se activen y simplemente funcionen a toda potencia, el sistema puede adelantarse al juego, aumentar gradualmente y consumir energía de manera más eficiente. En un edificio grande con varios compresores, el sistema usa solo los compresores que necesita en un momento dado, y puede variar las velocidades de los ventiladores para modificar la salida y distribución del aire acondicionado.

¡Espera espera! se pone mejor Un estudio sobre el impacto del entorno de un edificio en la capacidad cognitiva, el Estudio COGfx, mostró que una mejor calidad del aire mejoró las respuestas cognitivas en nueve áreas. Y en algunas evaluaciones, las personas demostraron duplicar su capacidad cognitiva cuando fueron evaluadas en un entorno mejor. Las medidas de la calidad del aire incluyeron la concentración de compuestos orgánicos volátiles (COV). En los edificios más avanzados con SMART HVAC, la carga de VOC fue inferior a 50 microgramos por metro cúbico; en edificios convencionales, era al menos 10 veces esa cantidad, entre 500 y 700.

Por supuesto, el patrocinador principal del estudio fue Carrier, pero sin embargo, el informe es el resultado de un estudio académico de tres años realizado por personas en una variedad de universidades, por lo que tiene el sello de legitimidad. Carrier también contribuyó a un estudio sobre los efectos en la salud del uso de un sistema HVAC moderno, el Estudio HEALTHfx.

De todos modos, la próxima vez que vea a una de las personas del departamento de mantenimiento de su edificio hojeando un manual de usuario en dos o tres volúmenes, no se moleste en preguntar qué está haciendo. Está resolviendo problemas del sistema HVAC. Ciertamente parece una gran molestia, y el equipo de mantenimiento probablemente depende de los especialistas del contratista que instaló el sistema para optimizar su funcionamiento (sí, es así de complicado), pero un sistema SMART HVAC puede pagarse solo en eficiencia energética y productividad del trabajador.