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
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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
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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.)
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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.
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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.
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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.)
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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.
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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.)
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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.)
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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