Medidas de Conservación de Energía en Sistemas de

Climatización

Ventilación y Aire Acondicionado

ESPOL-FIMCP 2

Contenido

• Descripción de principales sistemas de climatización utilizados

• Medidas de conservación de energía en edificios

• Medidas de conservación de energía en sistemas mecánicos de edificios

ESPOL-FIMCP 3

Descripción de Sistemas de Climatización (aire acondicionado)

Agua HeladaRefrigeraciónpor compresiónde vapor

Refrigeraciónpor absorción

Expansión Directa(refrigerante)

Unidadesautocontenidas(refrigerante)

Método deRefrigeración

Medio que recogecalor del espacio

Distribución deAire enfriado

Volumen deAire Constrante

Volumen deAire Variable

ESPOL-FIMCP 4

Descripción Sistema HVAC: Agua Helada

TORRE DEENFRIAMIENTO

SUMINISTRO DEAGUA HELADA

RETORNO DEAGUA HELADA

SERPENTIN DEENFRIAMIENTOY DESHUMIDIFICACION

ENFRIADOR DEAGUA CON CONDENSADORENFRIADO POR AGUA

(A OTROS SERPENTINES)

BSAH

BAE

BSAH: BOMBA DESUMINISTRO DEAGUA HELADABAE: BOMBA DEAGUA DEENFRIAMIENTO DECONDENSADOR

FLUJO DEAIRE HACIAZONACLIMATIZADA

Máquina de RefrigeraciónChiller

Disipación de Calor delCiclo de refrigeraciónal medio

Calor recogido delespacio climatizado(personas, luces, equipos,ganancia solar, etc.)

ESPOL-FIMCP 5

Características principales:agua helada (1)

• Uso de enfriadores de agua (chillers) de tipo reciprocante, centrífugo, tornillo.

• Rango de eficiencias: alta, 0.7 kw/ton refrigeración, baja, 1.2 kw/ton refrig.

• Altas eficiencias dependen de: temperatura del medio de rechazo de calor, condiciones de operación de la máquina, mantenimiento de superficies de intercambio de calor.

• Costos importantes de instalación y mantenimiento.

ESPOL-FIMCP 6

Características principales:agua helada (2)

• El agua helada se bombea por sistema de tuberías con aislamiento.

• Temperatura agua helada: entre 42 a 48 °F

• Cada serpentín de enfriamiento es controlado por una válvula (2 vías o 3 vías). Esta válvula suministra agua helada en respuesta al termostato ubicado en el espacio climatizado.

• El agua que entra al serpentín (44 °F) absorve la carga térmica del espacio y retorna a temperatura mayor.

ESPOL-FIMCP 7

Descripción Sistema HVAC: Expansión Directa

UNIDADCONDENSADORA(EN EXTERIORES) UNIDAD EVAPORADORA

(EN INTERIORES)

FLUJO DE AIREHACIA AMBIENTECLIMATIZADO

VENTILADOR

LINEASDEREFRIGERANTE(SUCCION YDESCARGA)

FILTRO

SERPENTINDEENFRIAMTO.

COMPRESOR

RETORNO DEAIRE PORDEBAJO DEMAQUINA

Máquina de RefrigeraciónCompresor eléctrico, tiporeciprocante, tornillo,

Disipación de Calor delCiclo de refrigeraciónal medio

Calor recogido del espacio climatizado(personas, luces, equipos, ganancia solar, etc.)

ESPOL-FIMCP 8

Características principales: expansión directa

• Unidades diseñadas para requerimientos generales de climatización.

• Eficiencias: alta 1.0 kw/ton, baja 1.4 kw/ton

• El calor del espacio climatizado es absorvido directamente por un refrigerante circulando en el serpentín de enfriamiento.

• Costos relativamente bajos de mantenimiento e instalación. Por su facilidad de instalar, muy usado para ampliación de capacidad en edificios con sistema existente de agua helada.

ESPOL-FIMCP 9

Descripción Sistema HVAC: Unidades autocontenidas

TORRE DEENFRIAMIENTO

UNIDAD PAQUETEENFRIADA PORAGUA

BOMBA DE AGUADE ENFRIAMIENTO

CONDENSADORENFRIADO PORAGUA, COMPRESORY SERPENTIN DEENFRIAMIENTO YDESHUMIDIFICACION

Disipación deCalor del Ciclode refrigeraciónal medio

Máquina de RefrigeraciónCompresor eléctrico, tiporeciprocante, tornillo, scroll

Calor recogido del espacio climatizado(personas, luces, equipos, ganancia solar, etc.)

ESPOL-FIMCP 10

Características principales: unidades autocontenidas

• Denominados hidrónicos o bombas de calor.

• Una red de tuberías provee el agua de enfriamiento para el condensador de cada unidad.

• La unidad autocontenida comprende compresor, ventilador y serpentines de evaporación y condensación de refrigerante.

• Eficiencias: 0.9 kw/ton alta, 1.2 kw/ton baja.

• Sistema con menor costos iniciales y de instalación que el sistema de agua helada.

ESPOL-FIMCP 11

Sistemas de Distribución de Aire: Volumen de Aire Constante

VENTILADORSUMINISTRO

VENTILADORRETORNO(OPCIONAL)

FILTRO SERPENTIN DEENFRIAMIENTO

T

AIREEXTERIOR

AIRE DEEXTRACCION

ZONA1

TERMOSTATODE ZONA 1

T

RETORNO DEOTRAS ZONAS

ZONA 2

SERPENTINDERECALENTAMIENTOPOR ZONA

CON CONTROL SOBRERECALENTADOR

SUMINISTRO AOTRAS ZONAS

ESPOL-FIMCP 12

Características generales Sistema de Volumen Constante

• Uso de ventiladores centrífugos para el suministro de aire.

• Caudal constante de aire en todos los espacios, independientemente de la carga térmica presente.

• Modos de control de temperatura en espacio:– modula válvula de3 vías, agua helada

– estrangula válvula de 2 vías, agua helada

– bypass de aire en el serpentín de enfriamiento

– apaga el compresor, sistema expansión directa

ESPOL-FIMCP 13

Sistemas de Distribución de Aire: Volumen de Aire Variable

VENTILADORSUMINISTRO

VENTILADORRETORNO(OPCIONAL)

FILTRO SERPENTIN DEENFRIAMIENTO

T

AIREEXTERIOR

AIRE DEEXTRACCION

CAJA DEVAV

ZONA1

SENSOR DEPRESION ESTATICAP

TERMOSTATODE ZONA 1

CON MECANISMODE VOLUMENVARIABLE

T

RETORNODE OTRASZONAS

ZONA 2

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Características generales Sistema de Volumen Variable

• Es el sistema más eficiente energéticamente.

• El caudal de aire varía según la demanda impuesta por la carga térmica presente en los diferentes espacios climatizados.

• Menor caudal, menor potencia eléctrica requerida por ventilador de suministro.

• Modos de control de VAV:– sensor de presión estática en ducto principal.

– modula la cantidad de aire ingresando al ventilador.

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Métodos de Control de VAVCompuertas de descarga

Alabes guía de entrada(inlet vanes)

Motor de velocidad variable

Inclinación de álabes ventilador(variable pitch angle)

•El control de la inclinación de álabes (variable pitch) es elmétodo más eficiente, desde punto de vista energético.•Se utiliza en ventiladores de tipo vanoaxial.

Medidas de Conservación de Energía

Edificios

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Oportunidades de Reducción de Carga de Enfriamiento: Edificio

Carga Externa: RadiaciónSolar porparedes,vidrios,techos

Carga externa:infiltraciónde aire porpuertas

Cargas internas:luces, personas, equipos

ESPOL-FIMCP 18

Oportunidades de ahorro en espacios climatizados

• Uso de aislamiento térmico en paredes, tumbado, techos.• Uso de colores claros (reflectivos) en paredes asoleadas.• Ventanas: uso de elementos de sombra (aleros) o cortinas,

persianas, venecianas. Uso de recubrimiento antisolar.• Temperaturas de comfort apropiadas: 75 a 78 °F. Estos

valores variarán según la aplicación específica.• Infiltración de aire exterior: sellar hendijas o aberturas de

ingreso de aire.• Uso racional de equipos (PC’s, motores, etc.)• Reducción de iluminación artificial.

Oportunidades de Ahorro

Sistemas Mecánicos de Climatización

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Oportunidades de ahorro en sistemas mecánicos (1):

• Evitar falta de mantenimiento o uso inapropiado de los principales equipos.

• Operar según esquemas de operación adecuados (horarios).

• Instalar equipos de climatización independientes a los de la planta central (flexibilidad para trabajar en horas de baja carga térmica).

• Considerar uso de intercambiadores de calor (recuperación de frío).

• Disminuir excesivos caudales de aire de ventilación.

ESPOL-FIMCP 21

Oportunidades de ahorro en sistemas mecánicos (2):

• Considerar instalación de sistemas “inteligentes” de control y monitoreo.

• Considerar proyectos de recuperación de calor del ciclo de refrigeración. Caso de hoteles, hospitales, entre otros.

• Sistemas de ductos y tuberías: mejorar aislamiento térmico, reducir pérdidas con instalación correcta de los componentes (codos, tees, derivaciones, válvulas, compuertas, etc.)

ESPOL-FIMCP 22

Uso de Intercambiadores de Calor

• El objetivo es recuperar calor de corrientes de desecho:

• Ejemplo: la extracción del edificio (78°F) podría utilizarse en enfriar el aire de ventilación (95°F o mayor).

Tubo de Calor(heat pipe)

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Recuperación de Calor de Rechazo de refrigeración

• Aplicaciones: hoteles, hospitales. Necesidad de agua caliente y de refrigeración/climatización.

• Se emplea un chiller denominado “doble banco”de tubos.

• Se recupera calor rechazado de condensación del refrigerante, mediante intercambiadores de calor tubo-coraza. En este caso, se obtienen temperaturas de agua para proceso de hasta 110 °F.

• El uso de bombas de calor (ej.: Templifier™) permite aumentar las temperaturas de agua para proceso hasta 140 - 160 °F.

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Sistemas de Control y Monitoreo de Energía en Edificios (EMCS)

• Uso extensivo de control directo digital (DDC).

• Monitoreo de parámetros energéticos del sistema HVAC y del edificio.

• Rutinas incorporadas para uso eficiente de energía en el edificio.

• Ahorros se estiman hasta en un 10% del consumo actual.

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Rutinas de Automatización de Sistemas EMCS (1)

• Arranque y parada secuencial.- permite que los equipos programados automáticamente arranquen y se apaguen en los tiempos determinados

• Rasurar curva de demanda.- el sistema de control del edificio apaga determinados equipos durante el tiempo en que el edificio experimenta la mayor demanda de energía (kw).

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• Purga de calor nocturna.- el programa de control calcula una hora, en la madrugada, en la cual se encienden los ventiladores, ayudando de esta forma a disminuir la cantidad de calor que durante el día deba remover el sistema de aire acondicionado.

• Ciclo de Tarea.- se programan motores o equipos para que se prendan y/o apaguen en un esquema periódico. Como desventaja: puede producir mayor desgaste en dichos equipos.

Rutinas de Automatización de Sistemas EMCS (2)

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Interpretación de Ahorros obtenidos con Sistemas EMCS

Perfil Original de demandaeléctrica en edificio

“Rasura” de curva de demanda

ahorros

Ciclo de tarea

ahorros