Chill Out con refrigeración radiante de tubo frío

"

Los norteamericanos están acostumbrados a que el aire en movimiento los caliente o enfríe. Es por eso que se denominan sistemas HVAC: combinan calefacción, ventilación y aire acondicionado, todo en un sistema conveniente. Excepto en estos tiempos de pandemia, no es tan conveniente combinar la V con la H y la AC. En cambio, desea abrir las ventanas o traer aire fresco en lugar de recircular y tratar de filtrar el mismo aire.

Es por eso que este sistema de "enfriamiento radiante asistido por membrana" llamado "tubo frío" es tan interesante. El co-líder del proyecto Adam Rysanek , profesor asistente de sistemas ambientales en la escuela de arquitectura y arquitectura paisajística de la Universidad de Columbia Británica (UBC), explica en un comunicado de prensa de la UBC:

Los acondicionadores de aire funcionan enfriando y deshumidificando el aire que nos rodea, una propuesta costosa y no particularmente amigable con el medio ambiente. El Cold Tube funciona absorbiendo el calor emitido directamente por la radiación de una persona sin tener que enfriar el aire que pasa sobre su piel. Esto logra una cantidad significativa de ahorro de energía.

Antes de explicar cómo funciona este dispositivo, tenemos que explicar un poco la temperatura media radiante, un tema poco entendido en América del Norte. Como explica Robert Bean de Healthy Heating , se trata de nuestra piel y todo está en nuestra cabeza. Cita al Dr. Andrew Marsh:

Una pulgada cuadrada de piel  contiene hasta 4,5 m de vasos sanguíneos, cuyo contenido se calienta o enfría antes de fluir hacia atrás para influir en la temperatura corporal profunda. De ahí la estrecha relación entre la energía radiante y el confort térmico.

Nuestra piel se puede enfriar por evaporación, que puede incrementarse moviendo aire (por eso funcionan los ventiladores) o por radiación, la transferencia directa de energía infrarroja de superficies cálidas a superficies frías. Dr. Marsh de nuevo:

Aunque no estén en contacto directo con el cuerpo, los objetos calientes o fríos aún afectan en gran medida nuestra percepción de la temperatura. Esto se debe a que emiten y absorben energía radiante que activa los mismos órganos sensoriales que el calor conducido o por convección.
Tubo frío
Tubo frío.  Eric Teitelbaum y col.

Los investigadores, de la Universidad de Columbia Británica, la Universidad de Princeton, la Universidad de California, Berkeley y el Centro ETH de Singapur, han construido un panel donde se bombea agua fría a través de tubos y una estera capilar para maximizar el área de superficie. No hay nada nuevo en esto; hemos mostrado techos radiantes que se utilizan para enfriar. No hay ningún problema de condensación y lluvia siempre que el panel se mantenga por encima del punto de rocío, "la temperatura a la que se debe enfriar el aire (a presión constante) para lograr una humedad relativa (HR) del 100% "ya qué temperatura se condensa el agua del aire. Sin embargo, en climas realmente cálidos y húmedos como Singapur, el punto de rocío y la temperatura ambiente están bastante cerca.

sección a través del panel
Sección a través del panel. Eric Teitelbaum y col. 

Lo que los investigadores han hecho que es diferente es colocar una capa de plástico que es en su mayoría transparente a la radiación infrarroja seis pulgadas frente al panel, colocar un desecante en la parte inferior para mantener seco el aire dentro de la caja y eliminar la condensación en el panel. Probablemente esto no se haya hecho antes porque es contradictorio; en la mayoría de los sistemas de aire acondicionado, desea condensación y deshumidificación, lo que aumenta la evaporación de la piel y lo mantiene más fresco. Pero se necesita mucha energía para condensar el agua, lo que se conoce como calor latente de vaporización. Al separar el enfriamiento radiante del enfriamiento evaporativo, ahorran toda la energía absorbida al condensar el agua, creando algunas oportunidades interesantes. Los investigadores señalan en el estudio publicado en las actas de la Academia Nacional de Ciencias:

Teníamos el objetivo de demostrar que si el enfriamiento radiante se separa del enfriamiento de confort, se puede confiar en él de forma independiente como un mecanismo de transferencia de calor para brindar comodidad ... Nuestro objetivo es demostrar el potencial de este como un mecanismo de enfriamiento que puede ser operado independientemente de las condiciones de aire restringidas por convección, y sin ningún tratamiento mecánico del aire.

El tipo promedio de HVAC de América del Norte diría que esto es ridículo, no está cambiando la temperatura del aire o la humedad del espacio, cosas que pueden medir con instrumentos. Pero como nos sigue diciendo Robert Bean, todo está en nuestra cabeza, en nuestras percepciones. Entonces le preguntas a las personas qué piensan y sienten.

Para demostrar que nuestro sistema brinda comodidad mientras opera fuera de los modos de comodidad convencionales, realizamos un estudio de confort térmico, encuestando a los participantes para medir la percepción del ambiente térmico.

Instalaron una habitación en Singapur, donde la humedad y la temperatura son realmente altas. Tenía los paneles radiantes en las paredes y en el techo y tenía 55 personas sentadas afuera a la sombra durante 15 minutos para acostumbrarse a las condiciones ambientales normales, y luego sentarse dentro de la habitación durante 10 minutos. Dieciocho miembros del grupo se sentaron adentro cuando los paneles estaban apagados, por lo que estaban en la misma condición de sombra que tenían afuera.

Dentro del tubo frío
Dentro del Cold Tube.  Eric Teitelbaum y col.

Los resultados mostraron claramente que funcionó, que hubo un nivel de satisfacción mucho mayor entre los que se sentaron en la habitación con los paneles encendidos. "Hubo una segmentación visible entre los grupos de encendido y apagado, lo que demuestra que este tipo de sistema tiene potencial para aumentar la comodidad en espacios con ventilación natural sin aire acondicionado".

A pesar de la baja temperatura del agua enfriada, la temperatura del aire dentro del Cold Tube no se vio afectada en gran medida, cambiando de 31 a 30 ° C, medida dentro del Cold Tube. Estos datos son evidencia de que los paneles Cold Tube aislaron por convección el enfriamiento radiativo del enfriamiento por convección, con el gran aumento del enfriamiento de los ocupantes debido a las pérdidas radiantes al agua enfriada, no por convección.

Las imágenes térmicas también mostraron transferencia de calor, un "aumento en el flujo de calor de una persona al panel a medida que la temperatura del agua disminuye, a pesar de una temperatura del aire casi constante (cercana a la temperatura de la piel), confirma que el calor se pierde principalmente en los paneles a través de la radiación". . "

Esto no es Aire Acondicionado, es Acondicionamiento de Personas.

Esto es un gran problema, especialmente para salas grandes, auditorios e incluso al aire libre.

 Si se puede suministrar aire fresco a un ritmo arbitrario con poca o ninguna penalización de energía o comodidad, fundamentalmente, se cambia el paradigma del acondicionamiento climático. Además, como se demostró preliminarmente con los datos del Cold Tube, la deshumidificación estricta tampoco es necesaria, lo que podría reducir las grandes cargas de deshumidificación en las regiones de clima húmedo de todo el mundo.

Esto no es aire acondicionado ; la temperatura del aire y la humedad en el espacio no se ven afectadas. Es acondicionamiento de personas , quitando el calor directamente de las personas en el espacio. No va a ser tan efectivo como enfriar todo el espacio, pero requiere mucha menos energía y tenga en cuenta que no hay puertas que cierren esta habitación, son irrelevantes. Compare eso con cuando acondiciona el aire, no a la gente.

La investigación se realizó antes de la pandemia de Covid-19, pero se dieron cuenta rápidamente de las implicaciones. Adam Rysanek se cita en el comunicado de prensa:

La pandemia de COVID-19 ha traído a la conciencia del público cuán sensible es nuestra salud a la calidad del aire que respiramos en interiores. Específicamente, sabemos que algunos de los espacios más seguros en esta 'nueva normalidad' son los espacios al aire libre ”, dijo Rysanek. “A medida que el clima cambia y el aire acondicionado se convierte más en una necesidad global que en un lujo, debemos estar preparados con alternativas que no solo sean mejores para el medio ambiente, sino también para nuestra salud. La idea de mantenerse fresco con las ventanas abiertas se siente mucho más valiosa hoy que hace seis meses.

El paradigma del aire acondicionado ya ha sido cambiado por la pandemia; el consenso entre los ingenieros en América del Norte está cambiando para parecerse más al enfoque europeo (y de la casa pasiva), donde el aire fresco y la ventilación son un sistema separado de la calefacción o la refrigeración. Si los norteamericanos finalmente entienden el concepto de temperatura radiante media y la importancia de la transferencia de calor radiante, también cambiará el paradigma del diseño de edificios.

"