sistemas de ahorro en climatización

E.T.S. Ingenieros Industriales

Dr. Eloy Velasco GmezProfesor Titular de Universidad

Dpto. Ingeniera Energtica y FluidomecnicaFebrero 2012

SISTEMAS DE AHORRO Y RECUPERACION DE ENERGA

EN INSTALACIONES DE CLIMATIACIN

Aspectos Avanzados en Refrigeracin y Aire Acondicionado

INTRODUCCIN.

ADECUAR TRMICAMENTE => CONSUMIR ENERGA

(RELACIN CON IAQ)

OBJETIVOS:

CONSUMIR EL MNIMO

LOGRAR ADECUADO CONFORT AMBIENTAL

REGLAMENTACIN.

RITE (Anterior): Referencia a la UNE-EN ISO 7730-1996

INDICES UTILIZADOS:

PMV: Voto Medio Previsto

PPD: Porcentaje de Personas Insatisfechas.

CONDICIONES INTERIORES:

ZONA OCUPADA (Distancias en cm):

REGLAMENTACIN.

RITE (Aprobado 20 de julio publicado el 29 de agosto de 2007):IT 1.1.4.1 Exigencia de calidad trmica del ambiente.

Parmetros que definen el bienestar trmico:Temperatura seca del aire y operativa.Humedad relativa.Temperatura radiante media del recinto.Velocidad media del aire e intensidad de la turbulencia.

Actividad metablica 1,2 met. Vestimenta de 0,5 clo en verano y 1 clo en invierno y un PPD entre el 10 y el 20%,.PROCEDIMIENTO DE LA NORMA UNE-EN ISO 7730.

REGLAMENTACIN.

RITE: ContinuacinIT 1.1.4.1 Exigencia de calidad trmica del ambiente.

Para la velocidad del aire se considera:Depende del met, clo, Taire e Intensidad turbulenta.

CALCULO Taire (20 27 C) :Difusin por mezcla Int. Turb. 40 % y PPD 15 %:

Difusin por desplazamiento Int. Turb. 15 % y PPD 10 %:

0,07 [ / ]100aireTV en m s

0,1 [ / ]100aireTV en m s

REGLAMENTACIN.

RITE: ContinuacinIT 1.1.4.1 Exigencia de calidad trmica del ambiente.

Otros valores:

UNE-EN ISO 7730 (Octubre de 2006)Ergonoma en ambiente trmico.

Determinacin analtica e interpretacin del bienestartrmico mediante el clculo de los ndices PMV y PPD y loscriterios de bienestar trmico local.

REDUCCIN DEL CONSUMO ENERGTICO EN EDIFICIOS

Disminucin de las necesidades energticas

Adecuado aislamiento

trmico

Sistemas de energa solar

pasiva

Adecuacin del tiempo de

funcionamiento

Sustitucin de fuentes de energa convencionales por fuentes gratuitas

Energa solar activa

Energa geotrmica

Enfriamiento evaporativo

Enfriamiento gratuito

Optimizacin de la eficiencia de utilizacin en los procesos

Adecuar produccin y demanda (regulacin y

fraccionamiento de potencia)

Acumulacin de calor

Recuperacin de energa residual

Energa del aire de extraccin

Transferencia de calor entre zonas

del edificio

DISMINUIR LAS NECESIDADES ENERGTICAS

ENERGA SOLAR PASIVAEj. Pases Escandinavos:

Orientacin.Efecto invernadero (calor / fro)

ADECUAR FUNCIONAMIENTO:Ej Oficinas, viviendas rurales, cines

AISLAMIENTO ADECUADO:Calificacin Energtica de Edificios

SUSTITUIR FUENTES DE ENERGA

ENERGA GEOTRMICA

ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO

ENERGA SOLAR ACTIVA

ENFRIAMIENTO GRATUITO:

FREE-COOLING

E.T.S. Ingenieros IndustrialesDr. Eloy Velasco Gmez

Dpto. Ingeniera Energtica y Fluidomecnica

ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO.

SISTEMAS EVAPORATIVOSFUNDAMENTOS DE LA TCNICA:

Proceso de humidificacin del aire con aguaCalor sensible de enfriamiento = Calor latente de humidificacin

Ejemplo:Proceso deSaturacin Adiabtica

2500 A. de C.(Grabados con enfriamiento evaporativo)

Muy utilizada hasta compresin mecnica.

Sistema de enfriamiento natural.

SISTEMAS EVAPORATIVOS

COMENTARIOSVENTAJAS:

Enfriamiento hasta TSatAd.

Agua como refrigerante.

Posible enfriar:Agua

Coeficiente de pelculaAire

Zona de confort.


Existencia de cepa virulenta de Legionellaen una instalacin de riesgo.

Condiciones incontroladas permiten la multiplicacin de la Legionella.

Corriente de aire contaminada descarga en el ambiente.

Aerosoles en cantidad suficiente son inhalados por

personas susceptibles.

CONTAGIO POR LEGIONELLA

COMENTARIOSINCONVENIENTES: Legionella Pnemophila

TRATAM

IENTOS

LIMPIEZ

A

DISE

OS

MEJ

ORES

Real Decreto 865/2003


SISTEMAS EVAPORATIVOS: EVOLUCIONES

IDEAL REAL

Depende de la temperatura del agua

SISTEMAS EVAPORATIVOS: TIPOS DE SISTEMAS

REFRIGERADOR EVAPORATIVO DIRECTO

SISTEMAS DIRECTOSSISTEMAS DIRECTOS

Muy eficacesMuy eficacesProblemas: Problemas: legionelosislegionelosis

El agua se evapora directamenteal aire de suministro,

produciendo una refrigeracin y aumentando su contenido de humedad en un proceso

de cambio adiabtico de calor.

SISTEMAS EVAPORATIVOS: TIPOS DE SISTEMASREFRIGERADOR EVAPORATIVO DIRECTO

PanelesEvaporativos

Medio RgidoRotativos


Caractersticas Funcionales:

11 12

11 1s

h

T TT T

Efectividad de saturacin:

12111211 ttCpFttCpMQ aaa Velocidad de flujo de aire:

Razn Agua/Aire /W aR M MConfiguracin superficie hmeda

-700,50 - 3,080 - 85RotativosEspesor 0,2 - 0,3 m3 251,0 - 2,075 - 95Medio RgidoAncho panel 0,05 m250,5 - 1,080Paneles. Evap

OBSERVACIONESP primario(kPa)

VELOCIDAD(m/s)

s(%)

TIPO


Ventajas:Muy eficientes.Apropiados zonas clidas y desrticas.Aplicaciones en edificios pequeos.

Inconvenientes:Consumo de agua.Legionella.Cuidado sustratos orgnicos.Tratamientos bactericidas.

SISTEMAS EVAPORATIVOS: TIPOS DE SISTEMAS

REFRIGERADOR EVAPORATIVO DIRECTO

SISTEMAS EVAPORATIVOS: TIPOS DE SISTEMASREFRIGERADOR EVAPORATIVO INDIRECTO

SISTEMAS INDIRECTOSSISTEMAS INDIRECTOSReducciReduccin de eficacian de eficacia

(intercambiador) (intercambiador) Sin Sin legionelosislegionelosis

No hay intercambio directo entre las corrientes de aire.No hay adicin de humedad

en el aire de renovacinni riesgos de contaminacin.


Convencional

Regenerativo

Recuperativo


Tubular

Placas


Enfriador evaporativoIndirecto (Pescod)

Ventajas:No humidifica el aireBastante efectivoNo legionellosis (primario)

Inconvenientes:Legionellosis (secundario)Menos efectivo que directos

1 11 12

2 11 2

( )( )s h

m T Tm T T

Efectividad de bulbo hmedo:

SISTEMAS EVAPORATIVOS: TIPOS DE SISTEMASREFRIGERADOR EVAPORATIVO MIXTO:

Indirecto / Batera de expansin / Directo

SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO GRATUITO

O FREE- COOLING

IT 1.2.4.5.1 Enfriamiento gratuito por aire exterior:

1. Los subsistemas de climatizacin del tipo todo aire, de potencia trmica nominal mayor que 70 kW en rgimen de refrigeracin, dispondrn de un subsistema de enfriamiento gratuito por aire exterior.

2. En los sistemas de climatizacin del tipo todo aire es vlido el diseo de las secciones de compuertas siguiendo los apartados 6.6 y 6.7 de la norma UNE-EN 13053 y UNE-EN 1751:

a) Velocidad frontal mxima en las compuertas detoma y expulsin de aire: 6 m/s.

b) Eficiencia de temperatura en la seccin de mezcla:mayor que el 75%.

El RITE establece en la IT 1.2.4.5 Recuperacin de energa

FREE COOLING

IT 1.2.4.5.1 Enfriamiento gratuito por aire exterior:

3. En los sistemas de climatizacin de tipo mixto agua-aire, el enfriamiento gratuito se obtendr mediante agua procedente de torres de refrigeracin, preferentemente de circuito cerrado, o, en caso de empleo de mquinas frigorficas aire agua, mediante el empleo de bateras puestas hidrulicamente en serie con el evaporador.

4. En ambos casos, se evaluar la necesidad de reducir la temperatura de congelacin del agua mediante el uso de disoluciones de glicol en agua.

El RITE establece en la IT 1.2.4.5 Recuperacin de energa

FREE COOLING

AIRE EXTERIOR

A

I

R

E

E

X

P

U

L

S

I

N

A

I

R

E

E

X

T

E

R

I

O

R

B

y

-

P

a

s

s

A

I

R

E

I

M

P

U

L

S

I

N

A

I

R

E

E

X

T

R

A

C

C

I

N

RECUPERADOR

RECUPERACIN DE ENERGA Y FREE COOLING

RECUPERACIN CON FREE COOLING


Enfriamiento gratuito por aire


Enfriamiento gratuito por agua


Control del free cooling por temperatura


Control del free cooling por entalpa sin humidificacin


Control del free cooling por entalpa con humidificacin

OPTIMIZAR LA EFICIENCIA DE UTILIZACIN

Empleo de acumulacin

Recuperacin de energa residual

Adecuar Produccin y Demanda

RECUPERADORES DE CALOR

INTERCAMBIO ENTRE ZONAS

Intercambio entre zonasRECUPERADORES DE ENERGA

INTERCAMBIO ENTRE ZONAS:INVERSIN TRMICA SIMULTNEA

INVERSIN TCNICA SIMULTNEA

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1

0

1

1

1

2

1

3

1

4

1

5

1

6

1

7

1

8

1

9

2

0

2

1

2

2

2

3

2

4

HORA SOLAR

P

O

T

E

N

C

I

A

T

R

M

I

C

A

(

K

W

)

ZONA A:CALEFACCINZONA B: REFRIGERACIN

Simulacin de zona interior (B) y exterior (A) deun edificio de oficinas en condiciones de invierno.

CIRCUITOREFRIGERACIN - + CIRCUITORECUPERACIN

POTENCIA CALORFICA Y FRIGORFICA DE LA INSTALACIN COINCIDENTES Y SIMULTNEAS

SITUACIN IDEALMXIMA RECUPERACIN

INVERSIN TRMICA SIMULTNEA: Sistemas agua-agua

POTENCIA CALORFICA MENOR QUE LA REQUERIDA POR LA INSTALACIN

NECESITAMOS APOYO,RECUPERACIN TOTAL

CIRCUITOREFRIGERACIN - + CIRCUITORECUPERACIN

+


APOYO

POTENCIA CALORFICA MAYOR QUE LA REQUERIDA POR LA INSTALACIN

RECUPERACIN PARCIALSistema adicional de disipacin de energa

CIRCUITOREFRIGERACIN - + CIRCUITORECUPERACIN-

DISIPADORDE CALOR


DEMANDAS VARIABLES

CIRCUITOREFRIGERACIN - + CIRCUITORECUPERACIN-

+


APOYO

DISIPADORDE CALOR

RECUPERACIN DECALOR VARIABLE

Situacin ms habitual

INVERSIN TRMICA SIMULTNEA: Sistemas todo refrigerante

IT 1.2.4.5 Recuperacin de energaIT 1.2.4.5.2 Recuperacin de calor del aire de extraccin:

1. En los sistemas de climatizacin de los edificios en los que el caudal de aire expulsado al exterior, por medios mecnicos, sea superior a 0,5 m3/s, se recuperar la energa del aire expulsado.

2. Sobre el lado del aire de extraccin se instalar un aparato de enfriamiento adiabtico.

3. Las eficiencias mnimas en calor sensible sobre el aire exterior (%) y las prdidas de presin mximas (Pa) en funcin del caudal de aire exterior (m3/s) y de las horas anuales de funcionamiento del sistema deben ser como mnimo las indicadas en la tabla 2.4.5.1


tTVCQ P

INTERESANTE RECUPERAR CALOR CUANDO:

Mucho caudal en la instalacin

Mucha diferencia de temperaturas

Mucho tiempo de utilizacin

FINALIDAD::

VENTAJAS:

UTILIZAR EL CALOR RESIDUAL (SENSIBLE Y/O LATENTE)CONTENIDO EN EL AIRE DE RETORNO

1. REDUCIR EL TAMAO DE LA CENTRAL ENERGTICA(COSTES DE INVERSIN)

2. REDUCIR EL CONSUMO DE ENERGA DE FUNCIONAMIENTO(COSTES DE EXPLOTACIN)


INCONVENIENTES:

1. INVERSIN EN EL RECUPERADOR2. POSIBLE AUMENTO DEL CONSUMO ELCTRICO.

Ventilacin Y Ahorro Energtico

Compromiso:Compromiso:

VENTILACIVENTILACINN

AHORRO ENERGAHORRO ENERGTICOTICO

RECUPERADORES RECUPERADORES DE CALORDE CALOR

Calor SENSIBLECalor SENSIBLE

Calor ENTCalor ENTLPICOLPICO

MAYOR AHORROMAYOR AHORRO

Diagrama Psicromtrico (I)

Diagrama Psicromtrico (II)

Criterios a considerar en la seleccin

EFICIENCIA

PRDIDA DE CARGA

INSTALACIONES Y LOCALIZACIN

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL

EFICIENCIA

1. Calor sensible ( T bulbo seco)2. Calor latente (humedad absoluta)3. Calor total (entalpa)

X1

EXTERIOR

LOCAL

X2 X3

X4

EFICIENCIA

31

21

XXQXXQ

MIN

REN

QREN Caudal de aire de renovacin (kg/h)

QMINCaudal de aire menor entre los de renovacin y extraccin (kg/h)

X Puede ser temperatura de bulbo seco,

humedad especfica o entalpa.

erecuperabl energa de Cantidadrecuperada energa de Cantidad

Eficiencia de los Recuperadores de Calor

50-70SensibleEvaporativo Indirecto

50-80SensibleTubos de Calor

50-70SensibleEvaporador-Condensador

40-60SensibleDos Bateras con Bomba

60-70TotalCirculacin y Rociado

45-65SensiblePlacas70-90Total Rotativo

EFICIENCIA (%)CALOR TRANSFERIDORECUPERADOR

PRDIDA DE CARGA

P

a b1 2

flujo

Prdidas de Presin en Equipos Recuperadores de Calor

1.5-5.050-350Evaporativo Indirecto2.0-4.1100-500Tubos de Calor

1.5-2.5150-300Dos Bateras con Bomba

1.5-3.0150-300Circulacin y Rociado

1.5-6.0120-400Placas2.5-4.0100-180Rotativo

VELOCIDAD AIRE (m/s)

PRDIDAS DE PRESIN (Pa)RECUPERADOR

INSTALACIONES Y LOCALIZACIN

POSICIONES DE CONDUCTOSMuchos confluir en un punto.Fluido intermedio de circulacin.

CAUDAL DE AIRE CIRCULANDO POR LA INSTALACINEj. Recuperador entlpico de papel.

NUMERO DE CONDUCTOS DE AIRE DE RETORNO.Sistema de bateras con bomba

CALIDAD DEL AIRE NECESARIO:(Vigilar tomas de aire exterior)

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL

ADMINISTRACIONES NO SOLO ANLISIS ECONMICO.

REDUCCIN DE EMISIONES DE CO2

NORMATIVAS PARA AUMENTO DE VENTILACIN.

NORMATIVAS PARA REDUCIR ENERGA

POSIBILIDAD: RECUPERACIN DE ENERGAVentajas medioambientales:

Reduccin de efecto invernadero. (GWP)Reduccin del impacto sobre el ozono. (ODP)

Segn los medios que intercambian energa

Sistemas Aire-Aire

Sistemas Aire-Lquido

Sistemas Lquido-Lquido

Clasificacin del Equipamiento

Segn separacin de fludosque transportan energa

Sistemas de Contacto Directo

Sistemas Regenerativos

Sistemas Recuperativos

Segn contenido de humedad

Seco Hmedo

Segn el tipo de intercambio

Calorsensible

Calortotal

Segn el tipo de intercambiador

Evaporativos

Directos

Indirectos

RotativoPlacas

Circulacin y Rociado

Dos Baterascon Bomba

Termosifn

Tubos de Calor

Bomba de Calor

EQUIPOS DE RECUPERACIN DE ENERGA

RECUPERADORES EVAPORATIVOS

RECUPERADOR DE PLACAS

RECUPERADOR ROTATIVO

DIRECTO

INDIRECTO

RECUPERADOR DE CIRCULACIN Y ROCIADO

RECUPERADOR DE DOS BATERAS CON BOMBA

RECUPERADOR DE BOMBA DE CALOR

RECUPERADOR CON TUBO DE CALORTERMOSIFON

HEAT PIPE

TIPOS DE EQUIPOS A DESCRIBIR:

SENSIBLE O TOTAL

Recuperador por Circulacin y Rociado

Recuperador por Circulacin y Rociado

AIREEXTERIOR

CALENTADORDE LA

SOLUCIN

IMPULSIN

vlvula deby- pass

EXTRACCIN

AIREAMBIENTE

Aguade aporte

vlvulaauxiliar

RECUPERADORES CON BOMBA DE CALOR

1.- Compresor2.- Evaporador3.- Vlvula de expansin4.- Condensador5.- Vlvula de cuatro vas.

1

2

3

4

5

UNIDAD EXTERIOR EN CORRIENTE DE AIRE DE RETORNO:Ms caliente en invierno que el exterior.Ms fra en verano que el exterior.

RECUPERADORES CON TUBO DE CALOR

QQ

QQ

RECUPERADOR TERMOSIFNICO:

Siempre condensador arriba yevaporador abajo.

Obligatorio cambiar posicin en cambiode estacin.


Flujo de vapor

Evaporador CondensadorZona adiabtica

Relleno Capilar

Retorno de Lquido

Evaporacin Condensacin

QQ

Q Q

RECUPERADOR HEAT PIPE:Zonas intercambiables. Simetra en la geometraDifcil calcular, y caro de construir

OA EA

SARA

EXTERIOR

INTERIOR

SA

OA

INTERCAMBIADOR

VENTILADOR 1

VENTILADOR 2

EA

RA

VISTA EN PLANTA VISTA LATERAL

Filtros

EJEMPLO PRCTICO DE FUNCIONAMIENTO DE UN RECUPERADOR ENTLPICO DE PAPEL

I

h S

h S +

h L

SAE

A

RA

OA

EJEMPLO PRCTICO DE FUNCIONAMIENTO DE UN RECUPERADOR ENTLPICO DE PAPEL

sistemas de ahorro en climatización

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