Puesta en marcha, medición y verificación de 28 recuperadores de calor de alta eficiencia con certificación Passivhaus en edificio con múltiples usos

Comunicación presentada al V Congreso Edificios Energía Casi Nula

Autores

• Xavier Bustamante Pujadas, Director Técnico, ALB Sistemas
• Ricard Moncayo Viñes, Técnico, ALB Sistemas

Resumen

Poner en marcha, medir y calibrar los 28 recuperadores de calor de alto rendimiento energético instalados en Senso San Sebastián requirió varias jornadas de trabajo, así como diversas medidas correctoras, a fin de lograr el correcto calibrado y funcionamiento del sistema. La instalación da servicio a Senso San Sebastián, una edificación que alberga diferentes usos relacionados con la hostelería, la restauración y el wellness, pero que comparten un denominador común: la sostenibilidad y la convivencia con el paisaje y el entorno. En este sentido, los 28 recuperadores de calor con rendimiento energético de hasta el 93%, instalados en diferentes zonas, constituían una instalación con amplia variedad de espacios y usos a los que dar servicio, por lo que todas las medidas tenían como objetivo garantizar que se cumplen los estándares constructivos fijado por Passivhaus, asegurando un funcionamiento sostenible, eficiente y equilibrado. El conjunto de estos recuperadores de calor suma un caudal de 64.300 m3/h. La diversidad de características de los espacios (usos, superfícies y volúmenes, tipologías constructivas, etc.) aportaba también una gran diversidad en los parámetros de funcionamiento del sistema de climatización y ventilación. Así pues, cada una de las 28 máquinas fue calibrada siguiendo los caudales de diseño establecidos en el proyecto ejecutivo. Los caudales de impulsión y de extracción seguían el estándar Passivhaus con un desequilibrio entre ellos menor o igual al 10%.

Palabras clave

Climatización, Ventilación, Recuperador Calor, Passivhaus, Eficiencia Energética, Consumo, Medición, EECN, Desequilibrio

Introducción

En edificación, las instalaciones de climatización y ventilación constituyen uno de los principales factores que regulan el confort final del usuario. Las instalaciones, así como los sistemas constructivos en general, forman parte cada vez más de una construcción sostenible que tiende a reducir la demanada energética de un edificio, así como a minimizar las emisiones del mismo, generando un mínimo impacto en el entorno. La certificación Passivhaus reconoce de forma global el carácter sostenible de una obra, analizando aspectos como su diseño, los materiales constructivos utilizados, el entorno etc. Aspectos que de forma directa influyen en la demanda de energía de calefacción de refrigeración, en la demanda de energía primaria y en la hermeticidad del conjunto.

Así pues, los 28 recuperadores de aire debían ser puestos en marcha y sus rendimientos y correctos funcionamientos tenían que ser comprobados in situ. Las 28 máquinas, certificadas por Passivhaus, tienen un rendimiento energético de hasta el 93%, y el caudal total de la instalación objecto de estudio asciende a 64.300 m3/h. Una medición en cada zona debía comprobar el total de los flujos de entrada (impulsión) y de los de salida (extracción), y reducir el desequilibrio entre ambos por debajo o igual al 10%.

Datos de partida

Los 28 recuperadores de calor

Los recuperadores de calor son unidades de ventilación mecánica controlada (VMC) de bajo perfil, con intercambiador de calor a contraflujo de alto rendimiento y ventiladores de conmutación electrónica (EC) que les permite trabajar en cualquier punto del rango de potencia entre 12% y 100%. Disponen de certificado Passivhaus y cumplen con los requisitos de Ecodiseño ErP 2018.

Figura 2. Funcionamiento de un recuperador de calor de alta eficiencia.
Estos recuperadores de calor garantizan una ventilación y renovación del aire en edificios residenciales y terciarios acorde a la normativa vigente, siendo gestionados según sondas de CO2 y/o sensores de presión diferencial, así como aportando una alta eficiencia de recuperación del calor y un aire filtrado de alta calidad.

Cada recuperador de calor viene equipado con un sistema de control que permite la comunicación con la unidad de manera remota vía Internet y con un controlador táctil de fácil manejo para la gestión local. Los recuperadores disponen de dos niveles de permisos: los menús a nivel usuario y los menús a nivel instalador:

• Menú usuario: permite la configuración de horarios, arrancada/parada, temperatura de consigna, etc.
• Menú instalador: permite configurar los parámetros de funcionamiento y control del recuperador de calor (ventilador de impulsión, modo de funcionamiento, accesorios instalados, etc.

El total de los 28 recuperadores de calor se distribuyen según las siguientes características: 5 unidades de recuperadores de calor de 3.600 m3/h, 13 unidades de recuperadores de calor de 2.600 m3/h, 3 unidades de recuperadores de calor de 1.600 m3/h, 7 unidades de recuperadores de calor de 1.100 m3/h.

El proyecto arquitectónico: los espacios

Tal y como se ha descrito, la obra arquitectónica consta de diferentes espacios que cuentan con una gran diversidad de usos. Esta diversidad se traduce en diferentes ajustes en el momento de calibrar las máquinas. Tomando como referencia la imagen superior, los 28 recuperadores de calor dan servicio a los espacios denominados como: Arima (hotel), Misura (restaurante), Numa (residencia de estudiantes), Tilia (cafetería), Foresta Wellnes (gimnasio y centro de bienestar) y Emplat Food Club (espacios para eventos culinarios). Tal y como se desarrollará en el punto “Mediciones y pruebas de servicio”, se puede observar como ciertas zonas, por ejemplo, la asignada al recuperardor número 11 “Gimnasio residencia de estudiantes”, presenta unas características (dimensiones, número rejillas, estanqueidad, valores caudal de diseño) muy diferentes a la zona asignada al recuperador número 22 “cocinas”.

Proceso de puesta en marcha, medición y verificación

Las diferentes etapas que forman parte del proceso de puesta en marcha, medición y verificación son las siguientes:

• Fase 1: Configurar los recuperadores de calor, desde el controlador táctil o mediante aplicativo on-line, para que funcionen con los caudales requeridos para la toma de medidas.
• Fase 2: Realizar mediciones y pruebas de servicio en la instalación para verificar su correcto funcionamiento, asegurando que los parámetros de funcionamiento se ajustan a los previstos y comprobando que se cumple la certificación Passivhaus.
• Fase 3: Definir acciones correctoras a implantar en los casos en los que se ha determinado alguna desviación respecto a los requisitos exigidos por la certificación Passivhaus. Esto ha significado la necesidad de ejecutar cambios en el modo de funcionamiento de los recuperadores e intervenciones en la red de conductos y bocas.
• Fase 4: Realizar el equilibrado de la instalación y asegurar que el desequilibrio del caudal de flujo de aire fresco y aire viciado no supera el 10%.
• Fase 5: Cumplimentar las fichas de cada uno de los recuperadores con los parámetros medidos.

En los siguientes apartados se analizan distintos aspectos relacionados con las fases indicadas.

Puesta en marcha (Fase 1)

Con todos los recuperadores instalados y con tensión, se procedió al ajuste de sus valores según lo establecido en el proyecto ejecutivo de la obra. Por una parte, de forma remota desde el menú instalador, y posteriormente, in situ, desde el menú usuario del panel del controlador de la propia máquina.

Cabe resaltar que los recuperadores de calor están instalados de forma horizontal, colgando del forjado (generalmente ocultos en el falso techo menos en la sala de instalaciones donde es visto), o están instalados de forma vertical, apoyados en el suelo.

Así pues, en el primer caso fue necesario descubrir parte del falso techo registrable a fin de poder acceder al panel de control de los recuperadores. Una vez visible, y sabiendo el caudal nominal de impulsíon de cada máquina, el funcionamiento fue ajustado a fin de adaptarse a los valores de proyecto.

Instrumentos y equipos de medida (Fase 2 y sucesivas)

Unos equipos e instrumentos precisos son imprescindibles para poder garantizar una correcta toma de datos de las instalaciones. En este caso, durante las diferentes fases se utilizaron los siguientes instrumentos y equipos de medida:

• Proyecto de instalaciones definitivo: Imprescindible tanto para definir el proceso de revisión, como para establecer las diferentes medidas correctoras tanto en circuitos como en bocas
• Balómetro con campana de 610×610 mm y campana de 1220×610 mm
• Trípode de gran alcance para asegurar la medición en techos altos
• Anemómetro
• Instrumentación para ampliar y modificar la red de conductos (equipo de instaladores)
• Otros elementos tales cámara fotográfica, cinta metálica adhesiva, escalera, laser de medición, cinta métrica, etc.

Mediciones y pruebas de servicio (Fase 2)

Como paso previo a realizar cualquier medición en las intalaciones de una obra de estas características y dimensiones, fué imprescindible comprobar la correcta sectorización de las máquinas y asegurar que cada recuperador de calor diera servicio a la zona definida en el proyecto. Dicho procedimiento fue lento e imnplicó a varias personas. Por una parte, arrancando/apagando cada máquina, y por otra, paralelamente, comprobando el correcto funcionamiento en los espacios especificados en el proyecto.

Con la máquina trabajando a la potencia deseada, el siguiente objetivo fué comprobar que los caudales de aportación y extracción de aire fueran los correctos según proyecto, y que entre ellos no exista un desequilibrio mayor al 10%. Esta etapa de medición (un procedimiento con dificultades de ser llevado a cabo, como veremos en el apartado “Medidas correctoras”) se realizó siguiendo los pasos descritos a continuación:

• Localizar todas las bocas y rejillas de un mismo recuperador y diferenciar entre las de impulsion y extracción.
• Mediante un balómetro, realizar las mediciones en esas bocas. Este instrumento de medición nos proporcionará tanto el valor del caudal, como si éste es de aportación o extracción (paso anterior). La lectura del mismo puede ser puntual o sacando la media de un intervalo de tiempo (Figura 9).
• Realizar el sumatorio total y establecer la comparativa.

En caso necesario, ajustar los valores del recuperador de calor.

Se debe tener en cuenta que durante el proceso de mediciones fueron necesarias varias modificaciones en la configuración de los recuperadores y varias adaptaciones del protocolo Pasive House establecido por la Dirección Facultativa para ajustarlo a las especificidades de la instalación y de los aparatos de medida. Se exponen a continuación algunas observaciones relevantes:

Consideraciones generales

• Los recuperadores de calor no pueden arrancar por debajo del 12% de las revoluciones por minuto máximas (es decir, por debajo del 12% de potencia máxima). Se trata de una medida de seguridad y control de los ventiladores EC (ellectronically commutated; con variador de frecuencia).
• El rango de medición habitual en los equipos destinados a sistemas de ventilación en edificios se sitúa entre 40 y 4.000 m3/h, por lo que debemos asegurar que las rejillas o bocas impulsen o extraigan como mínimo 40 m3/h de manera sostenida.
• La existencia de múltiples bocas, especialmente en la aportación, hace que un caudal de ventilación pequeño quede muy dividido y no sea apreciable ni medible en las salidas. Para el recuperador nº 21, por ejemplo, las fichas justificativas definían una impulsión de 59,30 m3/h a repartir entre más de 15 bocas de impulsión (menos de 4 m3/h por boca). Este caudal no es medible si no es en condiciones de laboratorio (no se trata realmente de un problema de rango de medición en los equipos, si no de valores no medibles en instalaciones reales dado que cualquier corriente de aire o fluctuación en la red distorsionaría la medida). A caudales mayores, los efectos del entorno sobre la medición se vuelven despreciables o al menos aportan un error limitado.
• El rango de medición habitual en los equipos destinados a sistemas de ventilación en edificios se sitúa entre 40 y 4.000 m3
• En relación a las rejillas (simple/doble deflexión o rotacionales) y a los difusores lineales presentes en la obra, la mayoría de las aperturas tenían unas medidas que permitían la medición de la totalidad del caudal de impulsión o retorno mediante alguna de las dos campanas disponibles (610×610 mm y 1220×610 mm). Únicamente en el caso de algunos difusores lineales, con longitudes superiores a 1220 mm, la lectura no pudo ser única y para la totalidad del caudal. En esos casos fue necesario medir las rejillas por tramos y sumar los caudales parciales de cada tramo para conseguir el caudal de aire total.
• Se tomaron algunas mediciones en conducto mediante el anemómetro, generalmente a la salida/entrada del recuperador. Dichas mediciones sirvieron para confirmar o descartar problemas en la red más que para establecer el cumplimiento de los requisitos del Passivhaus puesto que se trata de un aparato de medición menos preciso que el balómetro.

Consideraciones específicas

• Recuperador 13: En este caso, para poder cuadrar un desequilibrio de menos del 10% en volumen de aire, fue necesario recorrer a un parámetro de control interno del recuperador llamado “Corrección M sup”. Dicho parámetro permite fijar un % de incremento o decremento en las revoluciones por minuto del ventilador de aportación respecto al de retorno.
• De esta manera se ha conseguido que los caudales de aire de aportación y extracción sean muy parecidos (evitando la sobrepresión o subpresión del edificio).
• En definitiva, gracias a que el ventilador de aportación gira más rápido que el de retorno, es capaz de aportar la misma cantidad de aire y vencer más pérdidas de carga la red de aportación es más larga y tiene más obstáculos que la red de extracción).
• Recuperador 7: Durante las mediciones se constata que no llega suficiente caudal. Se realizan modificaciones en la red de conductos para disminuir las pérdidas de carga. Finalmente se pueden realizar las mediciones correctamente, sin embargo queda pendiente revisar algunos tramos de la red de conductos de impulsión para optimizarla.
• Recuperadores 9 y 10: Se consideran conjuntamente el recuperador 9 y 10 puesto que dan servicio a un único espacio. Dada la distribución de la tabiquería interior del espacio, existen problemas de distribución de aire, por lo que se recomienda ampliar en nº de bocas de impulsión/retorno y situarlas fuera del espacio interior de pequeñas dimensiones encerrado por dicha tabiquería.
• Recuperador 11: Para poder realizar las mediciones, ha sido necesario sustituir el tramo de conducto a la salida del recuperador (en la boca hacia el exterior) con el fin de aumentar su sección.
• Recuperador 15: Se realizan correctamente las mediciones gracias a nuevas aperturas y conductos realizados durante la campaña de mediciones. Queda pendiente revisar algunos tramos de la red de conductos de impulsión para optimizarla.

Medidas correctoras (Fase 3)

Sobre los recuperadores de calor

Con el fin de poder realizar las mediciones Passivhaus en el sistema de ventilación, ha sido necesario fijar potencias específicas para cada recuperador de calor que dieran como resultado los caudales indicados en las fichas aportadas por la Dirección Facultativa (que definien cómo implantar el protocolo Passivhaus). Sin embargo, debido a pérdidas de carga y otras afectaciones, generalmente han sido potencias superiores a las teóricas que se preveyeron inicialmente. En cualquier caso, los caudales de aire necesarios para realizar las mediciones Passivhaus han supuesto una modificación temporal de los parámetros con los que habitualmente opera el recuperador. Es por ello que, tras la realización de la campaña de mediciones los recuperadores han sido devueltos a su configuración inicial y habitual.

Sobre la red de conductos y bocas

Durante las mediciones ha sido necesario modificar algunos tramos de la red de conductos y bocas con el fin de asegurar los caudales necesarios para el cumplimiento de la certificación Passivhaus. Concretamente, durante la campaña de mediciones se han sustituido algunos tramos finales de conexión a bocas con el fin de aumentar la sección disponible y disminuir las pérdidas de carga, y se han aumentado en algunos casos el número de bocas.

Equilibrado final (Fase 4)

Como final de proceso, una vez realizados todos los pasos anteriores, es necesario repetir el procedimiento de medición y verificación, y comprovar el desequilibrio. Si éste es superior al 10%, habrá que volver a calibrar el recuperador de calor. En el caso de los 28 recuperadores de calor instalados en Senso San Sebastián, todas las máquinas cumplen con los parámetros de trabajo establecidos por Passivhaus.

Conclusiones

La campaña de mediciones fue llevada a cabo con éxito a pesar de las dificultades que tuvieron que ser superadas y subsanadas. Se confirma el correcto equilibrado de la instalación y que el desbalance del caudal de flujo de aire fresco y aire viciado no supera el 10%.

Destacar que es de gran importancia que durante estas jornadas, tanto la propiedad como el equipo de instaladores acompañe durante todo el proceso de medición y verificación. Por una parte, hay que saber de primera mano como se llevo a cabo el proceso de instalación y si surgió algún imprevisto y/o modificación posterior a la redacción del proyecto. Por otro lado, hay que definir de forma conjunta todas las medidas correctoras a fin de que éstas no lleven consigo nuevas dificultades.