05 agosto 2010

Eficiencia energética en instalaciones de aire acondicionado (I)


Los equipos de aire acondicionado son uno de los elementos de mayor consumo energético de viviendas y edificios de uso residencial o comercial. Si prestamos atención al consumo de estos equipos y analizamos en detalle las posibilidades de mejora de una instalación descubriremos que podemos conseguir ahorros realmente espectaculares.

Nuestra experiencia con estos equipos es que existen dos problemas esenciales. Por una parte tenemos que aún permanecen activos equipos fabricados hace años, cuando la eficiencia energética no había aún llegado a estos aparatos. Es por ello que en muchos países son comunes aparatos con consumos tan desproporcionados como 1.800 vatios. Pero además existe otro problema añadido y es que estas instalaciones tienden a estar sobredimensionadas, lo cual conlleva un derroche aún mayor.

Comenzamos una serie de artículos donde vamos introducir los conceptos de eficiencia energética de las instalaciones de aire acondicionado y vamos a hablar someramente algunas de las tecnologías más interesantes que han permitido algo insólito, por 500 vatios podemos tener operativo un equipo de aire acondicionado. Ello se ha conseguido integrando diferentes tecnologías de ahorro, algunas tan interesantes como los compresores inverter y las válvulas de expansión electrónica.

La importancia del aislamiento del edificio

Si bien los tratados sobre tecnología de acondicionamiento de aire no suelen hablar mucho de ello, vamos a comenzar exponiendo lo que a nuestro juicio es lo más importante que cualquiera debe considerar a la hora de adquirir un nuevo equipo: En qué condiciones está el local. En la siguiente figura vemos cómo varía el coeficiente de transmisión de calor según los materiales. Como podemos comprobar el uso de materiales como el vidrio aumenta la transmisión de calor y penaliza el consumo de aire acondicionado.

Cálculo de cargas

Los cálculos de cargas son cruciales tanto para nuevos proyectos como para rehabilitaciones pues asegurarán tanto el confort como una operación eficiente, además de prevenir el costoso sobredimensionamiento de equipos o problemas debidos a capacidad insuficiente. Al menos el 25 % de las instalaciones están sobredimensionadas, lo que supone un incremento en los costes de instalación y un mayor consumo durante toda la vida útil del equipo. La eficiencia de los equipos sobredimensionados puede caer hasta un 50 % debido a operación en carga parcial y a ciclos excesivamente cortos. El sobredimensionamiento también incrementa el desgaste de los equipos y hace decrecer la capacidad de deshumidificación. Un estudio llevado a cabo en Estados Unidos de 15 sistemas comerciales ligeros encontró que el 66 % de los sistemas ensayados operaban una porción de tiempo con ciclos inferiores a diez minutos y un 33 % nunca tenían ciclos que excediesen de 10 minutos.

Los cálculos de carga son necesarios en proyectos de rehabilitación en orden de evaluar la adecuación de equipos existentes y/o especificar el reemplazamiento de equipos. La sustitución de equipos basándonos solamente en la experiencia es común en pequeños establecimientos comerciales pero ello puede resultar una selección de equipos incorrecta y uso de energía ineficiente.

No entramos en detalles sobre el cálculo de cargas porque todos los fabricantes ofrecen software que nos permite realizar el análisis de forma sencilla. Para estudios independientes existe software no de propietario, como DOE-2 y ASEAM, basados en métodos ASHRAE o ACCA.

Reducción de la carga pico

Reduciendo la carga pico obtendremos un sustancial ahorro a lo largo del año debido a un uso de energía de enfriamiento reducido, tamaño de equipos más pequeños y operación más eficiente de los equipos. Las siguientes estrategias pueden reducir las cargas de enfriamiento:

• Adaptar los locales de forma que tengan suficiente aislamiento.
• Procurar disminuir el número de cargas de uso simultáneo.
• Calcular las necesidades de ventilación para cada tipo de ocupación procurando evitar excesivo aire exterior. Aplicar factores de diversidad para tener en cuenta ocupación no simultánea.
• Para locales con alta humedad como cocinas o gimnasios deben aplicarse factores para la reducción de la carga de enfriamiento latente debida a la ventilación (sólo en climas secos). Algunos software de cálculo no consideran esto y resultan equipos sobredimensionados.
• Calcular las cargas con exactitud y no sobredimensionar los equipos.

Seleccionar unidades adecuadas para las cargas calculadas

En instalaciones comerciales la selección del equipo unitario se basa usualmente en la carga de enfriamiento pico. Algunas recomendaciones de eficiencia energética son las siguientes:

• Carga sensible pico: Seleccionar unidades con una capacidad sensible no inferior al 100 % de la carga de enfriamiento sensible pico calculada.
• Carga latente pico: La capacidad de enfriamiento latente de la unidad será igual o excederá a la carga de enfriamiento latente calculada.
• Compresores múltiples: El uso de compresores múltiples, que pueden ser descargados para acoplarse a requerimientos de carga parcial, son altamente recomendables. Ya que las condiciones pico son infrecuentes, la mayoría de las unidades funcionan con cargas parciales casi todo el tiempo. Los compresores múltiples son opcionales para las instalaciones pequeñas e imprescindibles en los de mayor capacidad (> 10 ton). Estos equipos son especialmente variables cuando las cargas son variables, en climas con grandes fluctuaciones de temperatura o cuando son esperables otras condiciones de operación parcial.

Beneficios en la selección de equipos

Seleccionando equipos de alta eficiencia energética ahorraremos entre un 20 y un 30 % de la energía. Y dado el alto consumo de estas instalaciones estamos hablando de una importante cantidad de dinero. En las instalaciones de mayor consumo resultará siempre bien rentable sustituir los viejos equipos por una instalación eficiente. En estas instalaciones el ahorro energético que puede obtenerse supera el 40 – 50 %.

Evaluación/sustitución de equipos existentes

Dado que la vida útil de los equipos de aire acondicionado es prolongada la evaluación de los equipos de aire acondicionado existentes y su posible sustitución suponen una oportunidad de ahorro económico que puede ser muy interesante. Para evaluar los equipos de aire acondicionado existentes recomendamos proceder de la siguiente forma:

• Examinar cada uno de los componentes de la unidad para valorar el rendimiento y vida útil restante. Nos interesa sobre todo conocer el consumo actual de los equipos.
• Realizar el cálculo de cargas de enfriamiento necesarias para el local.
• Considerar reducción de cargas pico.
• Evaluar las capacidades de nuevos equipos más eficientes.

Configuración y localización de la unidad

La configuración y localización de las unidades de refrigeración y la minimización de la red de tuberías consigue reducir el uso de energía, costes de instalación y costes de mantenimiento. Las prácticas que recomendamos para conseguir ahorros son las siguientes:

• Planificar esquemáticamente la disposición de la red de distribución de aire acondicionado. Donde sea posible localiza las unidades de manejo de aire centralizados en zonas para minimizar el tamaño de los conductos y su longitud.
• Si se planifica un sistema de retorno central, la unidad se localizará cerca del retorno.
• Para unidades sobre techo con tuberías empotradas, se especificará la configuración del caudal para reducir giros, pérdidas de carga y pérdidas de aire.
• Si es posible, las unidades exteriores de sistema Split deben estar en áreas sombreadas o proporcionar pantallas para evitar el sol directo.
• Localizar las unidades lejos de fuentes de residuos tales como hojas o grasas, que puedan inhibir el rendimiento de la unidad y los costes de mantenimiento.
• Localizar las tomas de aire exteriores alejadas de vientos constantes y fuentes de polución u olor tales como parkings, áreas de fumadores, salidas de humos, venteos de fontanería, residuos o partículas finas.
• Localizar tomas de aire exteriores alejadas de fuentes de calor, frío, humedad o viento, tales como torres de refrigeración o calderas.
• Asegurar que hay un drenaje adecuado en la localización de equipo para evitar encharcamiento de agua.
• No localizar equipos donde sean vulnerables a las caídas de nieve o hielo. Proporcionar una plataforma elevada y equipo de soporte.
• Evitar distancias excesivas entre el condensador del sistema Split y a los componentes del evaporador.

Instalación de unidad

Las pérdidas de aire son comunes en las conducciones. Estas conducciones deben ser selladas durante la instalación cuando están más accesibles. Se instalarán todos los accesorios recomendados por el fabricante.

Los fabricantes a menudo recomiendan conectores flexibles de 3” desde la unidad al conducto para minimizar la transferencia de vibraciones.

Para sistemas Split, las líneas de refrigeración se instalarán con la menor longitud posible para minimizar la caída de presión y pérdidas de eficiencia.

Las tuberías de refrigerante estarán aisladas siguiendo las indicaciones del fabricante y el aislamiento estará protegido contra degradación por humedad y solar.

Continua 2ª PARTE
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