A lo largo de la historia, varios inventos han mejorado mucho la calidad de vida de las personas, como la medición cada vez más precisa de temperatura. Entre ellos está también el aire acondicionado.
La calefacción nunca ha sido un gran problema: los humanos descubrieron el fuego y los hogares hace unos 2 millones de años, lo que les permitió emigrar a climas más fríos. La refrigeración, sin embargo, ha sido durante mucho tiempo un desafío.
Breve historia del aire acondicionado moderno
Hasta finales del siglo XIX, la circulación de aire (ventiladores) y la refrigeración por evaporación eran las principales formas de combatir el calor. En 1902, un ingeniero llamado Willis Carrier trató de resolver el problema de la elevada humedad, que afectaba negativamente a los rollos de papel, la tinta y la maquinaria de una imprenta de Buffalo (Nueva York). Un día de niebla, Carrier se dio cuenta de que el aire podía secarse haciéndolo pasar por agua fría para producir condensación. Al cabo de un año, había inventado un sistema eléctrico para eliminar la humedad del aire interior, que además tenía el efecto de reducir la temperatura del aire. Así fue el comienzo del aire acondicionado moderno y del control para la correcta medición de temperatura.
Carrier no podía imaginar las innumerables formas en que su invento cambió fundamentalmente nuestra forma de trabajar y vivir. No sólo las imprentas funcionaban mejor, sino que la refrigeración mecánica mejoró la fabricación de alimentos y bebidas, productos farmacéuticos y petroquímicos. Los hospitales, las tiendas, los teatros y la industria del transporte, especialmente el aéreo, se beneficiaron de poder controlar la temperatura y la humedad. Al enfriar las salas de servidores y los centros de datos, el aire acondicionado también hizo posible la informática de alta tecnología e Internet. En resumen, el aire acondicionado con su control preciso de medición de temperatura dio lugar a la economía global, por no mencionar que hizo que los hogares, las oficinas, las escuelas, las tiendas y los lugares de culto fueran más soportables en un clima sofocante. No es de extrañar que la revista TIME haya nombrado a Carrier como una de las 100 personas más influyentes del siglo XX.
Sistemas de HVAC residencial, comercial e industrial
Más de un siglo después de la patente inicial de Carrier, existen varios tipos de sistemas de aire acondicionado de distintos tamaños y con diferentes tecnologías y capacidades, en función de la zona que se necesite refrigerar. Naturalmente, los sistemas residenciales difieren de los comerciales e industriales, ya que los espacios y las necesidades de los usuarios son diferentes.
Unidad condensadora de aire acondicionado central
En las casas y edificios más antiguos, las unidades de ventana independientes proporcionan un alivio durante los periodos de mucho calor y humedad, pero normalmente sólo para una habitación. A partir de 1970, el aire acondicionado central se hizo omnipresente en los hogares estadounidenses. Tiene la ventaja de ser silencioso, discreto y eficaz para enfriar toda la casa y garantiza un control preciso de la medición de temperatura. Los sistemas de aire forzado pueden funcionar con electricidad o gas natural, y son menos costosos en comparación con las nuevas tecnologías. La desventaja es que requieren una red de conductos, que es difícil y costosa de ampliar para añadir habitaciones o adaptar en construcciones antiguas. En los edificios históricos, esta adaptación no es deseable o incluso es imposible.
Sistema mini-split
Los mini-splits, que no requieren conductos ni rejillas de ventilación, son una excelente alternativa al aire centralizado. La parte «mini» de su nombre proviene de la(s) unidad(es) evaporadora(s) interior(es) de bajo perfil, que se monta(n) en las paredes y sólo requiere(n) pequeños agujeros para las diversas líneas: refrigerante, drenaje de condensación y electricidad. La parte «split» se refiere a la unidad condensadora exterior, que está separada -o «dividida»- de la(s) unidad(es) interior(es). Aunque los sistemas mini-split son más caros y tienen menor capacidad debido a su menor tamaño, son más eficientes energéticamente que el aire forzado, por lo que su funcionamiento es más barato. Muchas casas y edificios nuevos se construyen con sistemas mini-split sin conductos, ya que también sirven como calefactores y permiten que cada habitación fije su propia temperatura.
Unidades exteriores VRF
La empresa japonesa Daikin inventó el sistema VRF (variable refrigerant flow) en 1982, pero esta tecnología no entró en el mercado estadounidense de forma generalizada hasta principios de la década de 2000. Su nombre procede de los compresores y ventiladores invertidos de la unidad exterior, que varían su velocidad ajustando la alimentación eléctrica. El cambio de velocidad determina la cantidad de refrigerante que suministran los compresores. El VRF es similar a los mini-splits porque tiene unidades interiores y exteriores, no tiene conductos y puede calentar y enfriar. La principal diferencia es que las unidades VRF tienen una capacidad mucho mayor, lo que hace que el VRF sea una buena opción para almacenes, instalaciones industriales y edificios comerciales. También es flexible: un sistema puede calentar o enfriar al mismo tiempo diferentes zonas de un edificio.
Unidad RTU
Muchos edificios comerciales de Estados Unidos y Canadá tienen en el tejado un modelo de aire acondicionado tipo RTU (rooftop unit) para la refrigeración y, a veces, la calefacción. Como su nombre indica, todos los componentes de HVAC para el ciclo de refrigeración (y calefacción) están alojados en una gran caja metálica. De hecho, se podría considerar como un primo gigante de la unidad de ventana estándar. Los conductos se conectan directamente a la parte inferior de la RTU para suministrar aire refrigerado al edificio inferior y recibir aire caliente. (Las unidades empaquetadas también pueden tener conexiones horizontales, si se colocan al lado de un edificio, por ejemplo). Las RTU comenzaron como sistemas de volumen de aire constante (CAV), lo que significa que tenían un caudal de aire fijo optimizado para una zona concreta. Sin embargo, este caudal invariable suponía a veces una refrigeración desigual en algunas partes del edificio y la circulación de más aire del necesario en otras. Los sistemas de volumen de aire variable (VAV) resuelven estos problemas, aumentando el confort y la eficiencia energética.
Sistema de refrigeración
El agua es tanto un fluido térmico como un refrigerante. En un sistema de caldera tradicional, que se encuentra tanto en los hogares como en las instalaciones industriales, el agua caliente o el vapor irradian calor en los espacios interiores. Por el contrario, un sistema de agua fría absorbe el calor mientras impulsa el agua enfriada a unos 7 °C (45 °F) a través de las tuberías situadas bajo el suelo, en las paredes y en los techos. Este método puede refrigerar un edificio o, en el caso de una planta de refrigeración, dar servicio a varios edificios o incluso a toda una zona de alta densidad (refrigeración urbana).
Calefacción y refrigeración geotérmica
La temperatura del aire fluctúa mucho, pero a sólo 3 metros por debajo del suelo, es de unos agradables 13 °C durante todo el año. La calefacción y la refrigeración geotérmicas son caras de entrada, pero cada vez despiertan más interés porque los consumidores y las empresas buscan formas de reducir el consumo de energía. Básicamente, estos sistemas constan de un bucle de tuberías enterradas por las que circula el agua. Cuando hace frío, el agua a temperatura ambiente se envía al subsuelo para que se caliente; cuando vuelve a salir a la superficie, una bomba de calor aumenta el agua hasta la temperatura deseada y la envía por las tuberías del edificio. Cuando hace calor, el sistema utiliza el mismo principio pero a la inversa. Sin unidades exteriores/de techo, los sistemas geotérmicos son muy silenciosos y estéticamente agradables. Pero además, cada vez son más los promotores comerciales que aspiran a obtener la certificación LEED (Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental) para sus proyectos, y las soluciones alternativas de climatización, como la geotérmica, desempeñan un papel importante en ese objetivo.