Muchos edificios grandes e
industrias tienen plantas que enfrían agua la distribuyen a unidades de manejo
de aire y otros equipos de enfriamiento. La operación de diseño y mantenimiento
de estas plantas de agua fría tiene un gran impacto en el uso de la energía y
en los costes de operación.
Pero las plantas de agua fría no
solamente suponen una cantidad significativa de energía (gas en algunos casos),
sino que también contribuyen al pico de carga del edificio. En muchos lugares
el pico máximo se experimenta en las horas centrales del verano. Durante este
evento de pico, las plantas enfriadoras están a menudo funcionando a capacidad
máxima. Cuando las temperaturas son moderadas, las plantas de agua fría se apagan
o funcionan en modo stand-by. Esta variación en la tasa del uso de energía es
un contribuyente principal a los picos y valles en demanda de energía.
Cargas en las plantas de agua fría
La primera
consideración de diseño en plantas enfriadoras de agua es estudiar las cargas
pico y los perfiles de enfriamiento anual y cómo afectan al diseño de la planta
y capacidad del equipo. Fundamental en el proceso de diseño es comprender las
cargas de enfriamiento de la planta y cómo varían con el tiempo. Si una planta
existente se modifica o expande, es posible controlar la carga de enfriamiento
y obtener una estimación exacta tanto de la carga pico como del perfil de
enfriamiento. Muchas grandes plantas, sin embargo, están diseñadas solamente
con información preliminar disponible sobre el diseño y función del
edificio. Conseguir una carga de pico
exacta e información del perfil de carga de enfriamiento para estas plantas es
mucho más difícil.
Comprendiendo las cargas y su impacto en el diseño
Para
proporcionar el diseño de planta de agua fría óptima, necesitamos conocer tanto
la carga de diseño (pico) como el perfil de carga de enfriamiento que describe
cómo varía la carga con el tiempo. La carga de diseño define la capacidad de la
planta instalada total incluyendo enfriadoras, bombas, tuberías y torres. El
perfil de carga de enfriamiento se requiere para diseñar la planta
eficientemente. Esto incluye las decisiones de diseño como los mecanismos de
descarga de las enfriadoras; la aplicación de variadores de frecuencia en
enfriadoras; torres y bombas; la aplicación de bypass del gas caliente; y el
tamaño relativo de cada pieza del equipo.
Ciertos
parámetros de carga clave afectan el perfil de la carga de enfriamiento y
consecuentemente la naturaleza del diseño de la planta. Estos parámetros
incluyen:
- El clima en el que la planta se localiza.
- Horas de operación del edificio.
- Cargas bases (24/7) como armarios de telecomunicaciones y salas de ordenadores.
Por ejemplo, el perfil de carga
de enfriamiento de un edificio que opera cinco días por semana es el que
mostramos en la gráfica con la que abrimos este artículo. Como vemos en la
gráfica el número de horas que la planta opera se incrementa dramáticamente
cuando no se usa un economizador. Adicionalmente la forma del perfil cambia
dramáticamente. El perfil influirá la selección óptima del número y capacidad
de enfriadoras además de la eficiencia energética a plena carga y a carga
parcial de las máquinas.
Visión general de las cargas pico
Las variables básicas para los
cálculos de carga pico incluyen las condiciones climáticas, el diseño de la
envolvente del edificio, la ganancia de calor interna, ventilación, y en menor
extensión la infiltración. Menos obvio pero no menos importante es la
diversidad entre los diferentes componentes de carga, y los efectos de la masa
térmica. La diversidad de las cargas es la probabilidad de ocurrencia
simultánea de las cargas pico dinámicas. En otras palabras, la diversidad
supone el hecho de que cada carga de la envolvente, ocupación, iluminación y
cargas de las instalaciones no serán picos al mismo tiempo en todos los
espacios simultáneamente.
Hay incertidumbres inherentes en
los cálculos de carga pico. Cualquier número de elementos puede hacer las
cargas actuales diferir de la carga calculada. Por ejemplo:
- Las condiciones de diseño local pueden diferir de las estaciones climáticas usadas para los cálculos.
- Las condiciones climáticas pueden variar en un periodo de tiempo como resultado del incremento de urbanización, cambio climático, y cambios en el uso de la tierra.
- Los elementos de la envolvente del edificio no siempre se planificaron para el uso actual, debido a cambios en el proceso de construcción o modificaciones.
- Los cambios pueden ocurrir en la operación y mantenimiento de la planta.
- Pérdidas en la capacidad del equipo debido a la degradación de componentes del sistema (tales como ensuciamiento del intercambiador de calor de la enfriadora).
- Cambios en operación (tales como tasas de ventilación).
- Cargas internas (iluminación, cargas de instalaciones y personas) pueden ser significativamente diferentes que cuando fueron planificadas y pueden variar con el tiempo.
Perfil de carga anual
Un perfil de carga de
enfriamiento es una serie temporal de una planta de enfriamiento y datos
climáticos correlacionados. El papel primario de un perfil de carga de
enfriamiento es facilitar la evaluación relativa correcta de las opciones de
diseño en competición.
Ver 2ª PARTE
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