Constucción Sostenible:
El Papel de la Termodinámica en el Diseño de Sistemas HVAC Eficientes

Recuperación de Energía:
En el ambiente de los sistemas de climatización, esto se refiere al proceso de capturar y reutilizar la energía residual durante el ciclo de refrigeración, que de otro modo se perdería al medio ambiente. Esta práctica es esencial para mejorar la eficiencia energética, reducir los costos operativos y reducir al mínimo, el impacto ambiental. Los sistemas de recuperación de energía, como los ventiladores recuperadores de calor (HRVs) o los ventiladores recuperadores de energía (ERVs), transfieren energía del aire de salida del ciclo de refrigeración para acondicionar el aire fresco entrante de reposición. En invierno, se captura el calor residual del interior del edificio para calentar el aire frío entrante del medio ambiente. De manera contraria, durante el verano, el aire de escape más fresco se utiliza para refrescar el aire caliente de reemplazo entrante. Este intercambio continuo no solo conserva energía, sino que también ayuda a mantener el medio ambiente interior confortable,  enfatizando la sostenibilidad en el diseño moderno de sistemas de climatización.

Un buen ejemplo, lo proporciona el sistema del Bullitt Center en Seattle, en donde se utiliza un sistema de recuperación de calor que reduce significativamente los costos de calefacción, utilizando el principio de reciclaje de energía.

La Integración de la Energía Renovable:
Esto implica la incorporación de fuentes de energía renovable, como lo son  la energía solar, la energía eólica (del viento), o la energía geotérmica para proveer energía que requieren los procesos de  refrigeración y ventilación de los sistemas de climatización. Este enfoque reduce significativamente la dependencia en los combustibles fósiles para generar la energía necesaria, alineando las operaciones de HVAC con los objetivos de sostenibilidad del medio ambiente. Por ejemplo, los paneles solares pueden utilizarse para generar electricidad utilizando la energía solar, proporcionando la energía necesaria para operar un sistema de aire acondicionado, o la energía geotérmica puede aprovecharse tanto para la calefacción como para la refrigeración. Para integrar estas fuentes renovables de energía, se requiere un diseño cuidadoso incluyendo el uso de sistemas híbridos los cuales combinan el uso de fuentes de energía renovables con el uso de fuentes de  energía tradicionales como respaldo. Al adoptar la energía renovable, los sistemas de HVAC no solo reducen las emisiones de gases de efecto invernadero, sino que también disminuyen los costos operativos, fomentando un enfoque más responsable y consciente al cuidado del medio ambiente en el proceso de controlar la temperatura mejorando la calidad del aire.

El Proyecto Edén en el Reino Unido cuenta con un diseño de construcción que aprovecha la energía geotérmica para el control climático, en línea con la visión de aprovechar recursos renovables.

Optimización de Sistemas:
La optimización de sistemas consiste en personalizar y ajustar los sistemas HVAC para satisfacer de manera eficiente las necesidades y requisitos específicos de un edificio. Esto implica la selección estratégica, el diseño y la operación de equipo medidor y sistemas de control para minimizar el consumo de energía mientras se mantiene un nivel óptimo de confort. A menudo, esta tarea es realizada por un ingeniero mecánico pero es puesta en  práctica por profesionales de HVAC. Las técnicas incluyen unidades que ajustan la velocidad del motor de ventilación de acuerdo a la demanda requerida, controles por zona, los cuales permiten calentar o enfriar áreas de manera independiente, o el uso de sensores para adaptarse a las condiciones climáticas externas. Por ejemplo, existen sistemas que almacenan hielo durante las horas de menor demanda para luego utilizarlo para enfriar ambientes durante el día, o la incorporación de termostatos inteligentes que se familiarizan con el comportamiento de los ocupantes del edificio para programar su operación diaria. La optimización del sistema es fundamental para lograr los objetivos de sostenibilidad y ahorros operativos, reduciendo el uso innecesario de energía a través de un sistema HVAC más inteligente y receptivo de la demanda real.

El Edificio “One Bryant Park” en Nueva York, no es sólo un edificio comercial más.  En él se aplica el concepto de diseño personalizado a través del almacenamiento de hielo y enfriadores de velocidad variable, alineando el uso de energía con la demanda.

Bombas de Calor Geotérmicas:
Una Bomba de Calor Geotérmica (GHP) es un sistema altamente eficiente que utiliza la temperatura constante del subsuelo para proporcionar calefacción y refrigeración. A diferencia de los sistemas tradicionales que dependen del aire del medio ambiente, las bombas GHP aprovechan la energía térmica que se encuentra por debajo de la superficie terrestre  para maximizar el rendimiento energético. Durante el invierno, el sistema extrae calor del suelo y lo transfiere al interior del edificio. En el verano, invierte el proceso, tomando calor del interior del edificio y moviéndolo al suelo. Esto crea un ciclo continuo y eficiente en términos energéticos. El uso de la energía geotérmica reduce significativamente la dependencia en los combustibles fósiles y en el consumo eléctrico, lo que se traduce en menores emisiones de gases de efecto invernadero y reducción en los costos de las fuentes energéticas. Al aprovechar una fuente de energía renovable y abundante, las Bombas de Calor Geotérmicas representan un diseño sostenible e innovador dentro de la industria de la climatización. Esto se logra mediante una amplia gama de refrigerantes conocidos como “glicol" para crear un circuito separado.

En la Universidad de Ball State existe una masiva instalación geotérmica que  demuestra cómo las temperaturas constantes del subsuelo pueden aprovecharse para la calefacción y la refrigeración.

Diseño Solar Pasivo:
El diseño solar pasivo, aunque similar al utilizado en la Integración de Energía Renovable, utiliza un enfoque que aprovecha la energía del sol para calentar y enfriar naturalmente un edificio sin depender de sistemas mecánicos. Su implementación requiere una planificación cuidadosa durante el diseño, considerando factores como la orientación del edificio, la ubicación de las ventanas, el aislamiento, y el uso de materiales que puedan absorber y almacenar el calor solar.  Durante el invierno, las grandes ventanas orientadas al sur, capturan el calor de la luz solar, y la almacenan en materiales como el concreto o el ladrillo. Por la noche, este calor almacenado se libera, manteniendo una temperatura confortable. En verano, se utilizan sombras, aleros u otras estrategias de enfriamiento para bloquear el exceso de calor. El Diseño Solar Pasivo no solo minimiza el consumo y los costos en el uso de energía, sino que también contribuye a la sostenibilidad de un edificio al reducir la dependencia en el uso de fuentes de energía no renovables de los sistemas convencionales de calefacción y refrigeración. Es una elegante integración de arquitectura y eficiencia energética.

El Edificio del  Centro de Legado “Aldo Leopold” en Wisconsin utiliza de manera efectiva la energía solar a través de una orientación y aislamiento adecuado, siendo un excelente ejemplo de un diseño energéticamente eficiente..

Sistemas de Flujo de Refrigerante Variable (VRF):
La Torre Cocoon de Mode Gakuen,en Tokio, utiliza la tecnología VRF, la cual permite el control individualizado de la temperatura mientras se conserva energía.