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Feb 04, 2024

Entendiendo al ventilador

Objetivos de aprendizaje Los ventiladores consumen aproximadamente el 18% de la electricidad comprada en edificios comerciales e industriales. La mayoría de los ventiladores comerciales también consumen su coste inicial en gasto de energía en menos de 1 año.

Objetivos de aprendizaje

Los ventiladores consumen alrededor del 18% de la electricidad comprada en edificios comerciales e industriales. La mayoría de los ventiladores comerciales también consumen su coste inicial en gasto de energía en menos de 1 año. Si bien la eficiencia de los ventiladores varía según la forma aerodinámica, reducir el tamaño de los ventiladores para reducir el costo inicial tiene una influencia negativa más fuerte en la eficiencia de los ventiladores. Es por eso que el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) está considerando un enfoque novedoso que recompensaría a los ventiladores con un tamaño adecuado además de un diseño aerodinámico mejorado.

Consulting-Specifying Engineer publicó la primera parte de esta serie en junio, que explica las métricas basadas en picos denominadas grado de eficiencia del ventilador y grado de eficiencia del motor del ventilador (FEG y FMEG). Estos están documentados en la norma ISO 12759 y en la norma 205 de la Asociación Internacional de Control y Movimiento del Aire (AMCA), pero no fueron elegidos por los fabricantes de ventiladores en su recomendación consensuada al DOE. Según la hoja de términos resultante de una negociación pública del Comité Asesor Federal de Normas de Electrodomésticos (ASRAC, por sus siglas en inglés) patrocinada por el DOE, se espera que el DOE adopte una nueva métrica de eficiencia de los ventiladores llamada índice de energía de los ventiladores, o FEI. FEI es la relación entre la potencia máxima permitida por el estándar DOE y la potencia real de la selección del ventilador en cada (cualquier) combinación de flujo de aire y aumento de presión, en lugar de en un punto o puntos de prueba definidos (como la eficiencia máxima utilizada por FEG y FMEG o algún otro flujo y presión definidos).

La métrica FEI, que se aplica solo a ventiladores y combinaciones de ventilador/motor o ventilador/motor/variador, extiende efectivamente el enfoque regulatorio convencional del DOE más allá del diseño del ventilador para abordar el motor, la transmisión, el variador de velocidad y la selección del ventilador. Este nuevo enfoque transformará los códigos y estándares modelo para la eficiencia energética, incluido el Estándar ASHRAE 90.1: Estándar energético para edificios excepto edificios residenciales de poca altura, el Estándar ASHRAE 189.1: Estándar para el diseño de edificios ecológicos de alto rendimiento y el Convenio Internacional de Conservación de Energía. Código.

Estado y calendario de la regla DOE

El DOE anunció su intención de regular la eficiencia de los ventiladores comerciales e industriales el 30 de junio de 2011. Desde entonces, la AMCA trabajó para desarrollar un consenso que fuera aceptable para los fabricantes de ventiladores y los defensores de la eficiencia, que incluyen el Consejo Nacional de Defensa de Recursos, el Consejo Americano para una Energía -Economía eficiente, Proyecto de concientización sobre estándares de electrodomésticos, Asociación de eficiencia energética del noreste, servicios públicos del sur de California y otros. Para los defensores de la eficiencia, el objetivo era ahorrar la mayor cantidad de energía posible. Para los fabricantes de ventiladores, la intención estratégica fue:

Diez miembros de AMCA, siete fabricantes de HVAC (miembros y personal del Instituto de Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración), cuatro defensores de la eficiencia y representantes de la Oficina Nacional de Equilibrio Ambiental, el Instituto de Tecnología de Refrigeración, la Asociación Nacional de Fabricantes de Electricidad y el DOE participaron en 19 días de reuniones entre mayo y septiembre de 2015. La votación final por consenso mostró el apoyo de todos los participantes, excepto dos, a una hoja de términos integral. Esperamos que la hoja de términos consensuada oriente el borrador del reglamento de eficiencia de los ventiladores del DOE, que se publicará muy pronto.

La norma final será obligatoria 5 años después de que se publique la versión final. Sin embargo, el DOE invitará a los fabricantes a utilizar la métrica y el estándar de prueba del DOE antes y aceptará certificaciones anticipadamente (probablemente en 2017), de modo que los programas de reembolso para ingenieros y servicios públicos puedan comenzar a funcionar. especifique los niveles de eficiencia certificados por el DOE con 3 o 4 años de anticipación.

Calcular el cumplimiento

Todos los ventiladores que se pongan a la venta en condiciones operativas que requieran de 1 a 200 caballos de fuerza nominales estarán cubiertos por la regla a menos que estén en una lista de exclusión. La hoja de términos recomienda una larga lista de exclusiones, ya sea porque la energía del ventilador ya forma parte de otra regulación del DOE, la aplicación del ventilador requiere un diseño que compromete la eficiencia o porque el tipo de ventilador se usa tan raramente que su uso agregado de energía es trivial.

El estándar DOE establecerá una potencia de entrada máxima (llamada FEPstd, o potencia de entrada eléctrica del ventilador) que varía con el flujo y la presión en el punto de diseño del ventilador. Eso significa que la regulación se aplica a un conjunto infinito de condiciones que definen los puntos particulares de diseño/selección (flujos de aire y aumentos de presión) ofrecidos para la venta. La potencia máxima del eje del ventilador permitida por el DOE en el punto de diseño se calculará de acuerdo con la siguiente ecuación:

Sin precedentes, pero no un precedente

No se aplica ninguna otra regulación DOE en todas las condiciones de funcionamiento imaginables. Otras reglas eligen condiciones de prueba representativas, que proporcionan un indicador justo de la eficiencia relativa de un producto durante la operación.

Desafortunadamente, la eficiencia de un ventilador no se comporta como la eficiencia de otros productos. Cada ventilador puede ser muy eficiente o muy ineficiente, dependiendo del flujo y la presión a la que funcione. Esto hace que el enfoque regulatorio tradicional sea ineficaz. Es por eso que la norma regulatoria del DOE debe aplicarse a todas y cada una de las condiciones operativas. La certificación del rendimiento del ventilador también debe realizarse en todas y cada una de las condiciones operativas ofrecidas a la venta en el rango regulado.

Para quienes están fuera de la industria de los ventiladores, esto puede parecer una carga regulatoria irrazonable, pero no lo es para quienes fabrican, califican y venden ventiladores. Los ventiladores se rigen por leyes físicas bien ordenadas, denominadas colectivamente "las leyes de los ventiladores", que permiten realizar una prueba de laboratorio de 20 minutos de duración a una velocidad y calificar con precisión ese ventilador y otros ventiladores más grandes a velocidades no probadas.

Entonces, la naturaleza peculiar de la eficiencia de los fanáticos (que puede ser casi cualquier cosa, dependiendo de las condiciones) viene con la bendición de las leyes de los fanáticos que brindan un medio para enfrentar el desafío. Sin estas leyes no sería práctico regular para aumentar la eficiencia operativa real de los ventiladores.

Índice de energía del ventilador

Si bien el DOE juzgará el cumplimiento basándose estrictamente en FEP (potencia eléctrica del ventilador; energía eléctrica suministrada al conjunto del ventilador), el estándar de prueba del DOE describirá el FEI como la relación del estándar FEP (entrada de energía máxima permitida, como se describe anteriormente) sobre el FEP. (entrada de potencia real) del ventilador en su punto de diseño. Esta relación es 1,0 o mayor para todas las selecciones de ventiladores compatibles. AMCA espera que las calificaciones de la FEI se conviertan en la descripción más común de la eficiencia de los ventiladores en el mercado, porque la FEI utiliza este estándar FEP tal como se define en la primera regla del DOE como punto de referencia con el que se comparará la eficiencia de los ventiladores para siempre. Esperamos que la regulación del DOE exija que las calificaciones de la FEI se vinculen con los niveles de FEP que están certificados por el fabricante ante el DOE.

Los detalles de la métrica FEI están documentados en un documento técnico de AMCA, que se puede descargar desde su sitio web. La nomenclatura del DOE es ligeramente diferente a la del documento técnico: el DOE se refiere a FEI, que incluye pérdidas de motor y accionamiento, mientras que el documento AMCA se refiere a la relación de eficiencia del ventilador (FER), que considera únicamente el ventilador.

Un ventilador con velocidad variable aún debe cumplir con los requisitos FEP del punto de diseño. En otras palabras, el DOE regulará basándose en FEP en el punto de diseño únicamente (velocidad máxima), pero puede autorizar el uso de un FEI inflado en materiales de marketing y etiquetas de productos que se benefician del control de velocidad variable.

Los requisitos de la FEI también aparecerán en las especificaciones de los ingenieros, los programas de reembolsos, los códigos de extensión y los estándares de la ASHRAE antes de que la norma del DOE entre en vigor. Es probable que los programas de reembolso requieran la certificación FEP del DOE y el cumplimiento de los requisitos estándar de prueba del DOE.

Eficiencia objetivo

Los defensores de la eficiencia y AMCA recomendaron conjuntamente que el DOE establezca objetivos de eficiencia tales que la tasa de incumplimiento promedio ponderada de las selecciones de ventiladores vendidas en 2012 no sea superior al 25%, y la tasa de incumplimiento de las selecciones en las siguientes categorías no exceda los valores enumerados a continuación:

AMCA proporcionó al Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que analizó datos para el DOE, una base de datos de 1,3 millones de selecciones de ventiladores que se vendieron en 2012. Esto representó el 46% del mercado estadounidense en el rango regulado. Esta base de datos permitió el análisis de una muestra confidencial del mercado estadísticamente significativa.

AMCA también utilizó esta base de datos para estimar qué niveles de eficiencia objetivo coinciden con la tasa promedio de incumplimiento del 25% y determinar los límites más altos en las categorías menos eficientes descritas anteriormente. El mejor pronóstico es que la eficiencia estática objetivo para los ventiladores sin conductos será del 62% en el eje del ventilador, y la eficiencia total objetivo para los ventiladores con conductos será del 68% en el eje del ventilador.

Tenga en cuenta que las constantes de flujo y presión en la fórmula FEP (250 cfm y 0,4 pulgadas de diferencial de presión, respectivamente) aumentan efectivamente la entrada de energía permitida a flujos y presiones más bajos. La constante de flujo produce un resultado similar a las curvas FEG, reconociendo que los ventiladores muy pequeños (y flujos bajos) son menos eficientes debido a la física del flujo de aire. Los FEG se detallan en AMCA 205 e ISO 12749. La constante de presión aumenta la potencia permitida a niveles de presión más bajos, reconociendo la limitación práctica de "eficiencia cero a presión diferencial" cero". Mientras que los ventiladores de baja presión usan menos energía a medida que aumentan de diámetro , no es práctico hacer que los ventiladores de baja presión se vuelvan demasiado grandes. La presión constante resuelve este problema.

Aquí hay otra forma de pensar en esto: un ventilador funcionando a 0,2 pulgadas. de presión estática estará limitada por la potencia del ventilador a un nivel tres veces mayor de lo que indicaría la eficiencia objetivo. (Tenga en cuenta que 0,2 más una constante de presión de 0,4 equivale a 0,6, que es tres veces mayor que 0,2). En otras palabras, si la eficiencia objetivo en la fórmula DOE fuera del 63 %, el requisito de eficiencia operativa para esta selección en 0,2 pulgadas. sería sólo el 21%. Esto puede parecer un "regalo" irrazonable para ventiladores más pequeños y presiones más bajas, pero son inevitables mayores pérdidas con flujos bajos, presiones bajas y en ventiladores pequeños. Las constantes de presión y flujo en la fórmula FEP representan correctamente el mapa real de degradación de la eficiencia exhibido por los ventiladores aerodinámicos más eficientes disponibles a medida que los flujos y las presiones disminuyen.

Se puede curar una selección que no cumple con las normas con un ventilador más grande o con un diseño más aerodinámico. Tanto un ventilador más grande como una mejor forma aerodinámica tienen implicaciones estratégicas y de costos para los fabricantes de ventiladores y sus clientes. La buena noticia es que los ventiladores compatibles ya están disponibles en producción. Esto significa que el mercado determinará qué hacen los competidores de los ventiladores para aumentar la eficiencia, mientras que el DOE dictará la potencia máxima permitida, lo que impulsará las especificaciones de los ingenieros a exigir una mayor eficiencia, ya sea con un ventilador más grande o una forma más aerodinámica.

Wade W. Smith dirigió las negociaciones de reglamentación del DOE para la industria de los fanáticos. Ahora asesora sobre cuestiones relacionadas con fabricantes de HVAC y proveedores de componentes. Haga clic aquí para realizar un curso de cuatro semanas sobre eficiencia de ventiladores comerciales e industriales.

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