Primera parte de esta guía avanzada de diseño energético para supermercados que ofrece buenas prácticas y recomendaciones para optimizar la eficiencia en supermercados con áreas entre 25,000 y 65,000 ft2 (7.600 y 19.800 m2).
Por Ing. Giovanni Barleta e Ing. Sebastián Madariaga*
Los altos costos de energía, la permanente expansión del sector retail, supermercados y centros de experiencia, así como la necesidad de ser competitivo en un segmento de limitado margen, ha promovido la aparición de muchas tendencias, estrategias y con ello literatura alrededor del ahorro energético, y cómo optimizar la experiencia de compra al usuario final, que cada vez es más exigente en temas de confort térmico, cadena de frio, impacto en el medio ambiente en este segmento de negocios.
Dentro de toda la literatura existente sobresale la AEDG por sus siglas en inglés (Advanced Energy Design Guide) que en particular propone cómo ahorrar el 50 % de la energía en supermercados y grandes superficies.
Figura 1. Guía energética Avanzada para diseño de Supermercados
Esta guía avanzada de diseño energético para supermercados es un compendio de buenas prácticas y recomendaciones para optimizar la eficiencia en supermercados con áreas entre 25,000 y 65,000 ft2 (7.600 y 19.800 m2).
Esta guía fue elaborada por miembros de ASHRAE en el comité 138 que representan la integración de otras organizaciones, como, el Instituto Americano de Arquitectos (AIA), la sociedad de ingeniería de Iluminación de América del Norte (IES, IESNA), el Consejo de Construcción Ecológica de EE.UU. (USGBC) y el Departamento de Energía de EE.UU. (DOE). Esta guía busca brindar orientación y recomendaciones para reducir el consumo total de energía en un 50% o más, en supermercados incluso los que ya tienen alto desempeño cumpliendo con el Standard 90.01-2004 de ASHRAE. Este ahorro de 50% de energía se determina basado en el consumo total de la edificación.
Si bien la guía está diseñada para supermercados con áreas entre 25,000 y 65,000 ft2 (7600 y 19800 m2), también aplica para tiendas de menor o mayor tamaño con tipos de espacios similares. Entre los tipos de espacios incluidos en la guía están las zonas de productos secos, zonas de carnes, panadería, baños, cuartos mecánicos, oficinas, pasillos y zonas de almacenamiento, entre otras. La guía no cubre la zona de estacionamientos, zona de tratamiento de aguas y/o zonas de desechos; se enfoca en nuevas construcciones, pero las recomendaciones también son válidas para grandes remodelaciones.
Simultáneamente la guía promueve las mejores condiciones ambientales para el comprador respecto a la calidad de aire interior (CAI), la mejora en los efectos visuales de la mercancía, promoviendo el incremento en las ventas y por supuesto, ahorros al propietario, utilizando recursos y herramientas multidisciplinarias.
Para lograr los objetivos de la guía es fundamental que se realice un proceso de diseño integrado entre las diferentes disciplinas, ya que cada una de ellas tiene un impacto en los sistemas HVACR, como, por ejemplo: la iluminación, orientación del edificio, distribución interna entre otras. Entre los involucrados en el proceso de diseño integrado están
· Arquitectos
· Representantes de la corporación
· Ingenieros
· Contratistas
· Autoridades de comisionamiento
· Operadores
· Otros diseñadores (expertos HVACR y cocinas)
La veracidad de esta metodología del trabajo de diseño integrado se pudo demostrar haciendo una simulación energética, la cual fue desarrollada y analizada a través de un modelo de análisis hora a hora, en donde se estudió una tienda de 45,000 ft2 (13700 m2) diseñada cuidadosamente como una representación de una tienda típica (construida y operada bajo los más altos estándares de eficiencia).
Se realizaron conjuntos de 2 simulaciones. En la primera de ellas se estudió la tienda con los requisitos mínimos según el Standard 90.01-2004; en la segunda simulación se estudió la misma tienda aplicando las recomendaciones de la guía. Cada conjunto fue simulado en las 8 zonas climáticas adoptadas por el Consejo Internacional del Código Energético (IECC) y ASHRAE, las cuales posteriormente fueron subdivididas en regiones húmedas y secas para un total de 16 zonas climáticas, como se muestra en la figura 2.
Figura 2. Zonas Climáticas objeto del estudio y la simulación.
El ahorro de energía total varía según la zona, el sistema HVAC y el tipo de tienda, pero en todos los casos el ahorro es de al menos 50% respecto al standard 90.1-2004, como se evidencia en la Figura 3:
Figura 3. Resultados de las mejoras en eficiencias comparadas aplicando la guía vs una tienda de alto desempeño.
Por el impacto del clima, todas las estrategias no aplican para todas las zonas climáticas, y el resultado de la guía depende de la zona, donde aplican ciertas recomendaciones y en algunas no. A pesar que el estudio y simulación se hizo para zonas en los EUA, encontramos que muchos de los perfiles climáticos se asimilan a varios en nuestro continente y particularmente en las ciudades y países caribeños la zona 1 es similar a nuestros climas tropicales, costeros y tórridos.
La guía tiene un alcance muy amplio que está dado por un total de 190 recomendaciones, las cuales están divididas por tipos:
· Componentes de la envolvente (EN)
· Iluminación natural (DL)
· Iluminación eléctrica (EL)
· Componentes de carga conectada (PL)
· Equipos de cocina (KE)
· Equipos de refrigeración (RF)
· Calentamiento de agua de servicio (WH)
· Sistemas y equipos (HVAC)
· Componentes de control de calidad (QA)
· Componentes de ahorros adicionales (RE)
Esta primera parte del artículo se enfoca principalmente en los componentes de refrigeración (RF). Estos componentes de refrigeración a su vez se dividen en subcomponentes, como lo son:
· Selección y control de las condensadoras
· Compresores
· Vitrinas exhibidoras y cuartos fríos
· Recuperación de calor
Mencionaremos en breve solo algunas recomendaciones y análisis de las 31 que hacen referencia solo a Equipos de refrigeración (RF).
Sistemas de enfriamiento directos e indirectos, ha surgido como una opción interesante dado que promueve la importante reducción en la cantidad de refrigerante en el sistema, asi como la disminución en las emisiones por fugas y un beneficio en las emisiones directas.
Lo sistemas directos se caracterizan principalmente por:
● Ser el sistema de mayor uso y el más común.
● Contar con grandes recorridos en tubería.
● Contar con alta carga de refrigerante.
● Tener pérdidas en el sistema por fricción en tuberías principalmente en succión.
● Su nivel de fugas oscila entre un 35 a un 50% de su carga total.
Mientras que los sistemas indirectos (fluidos secundarios)::
● Comenzaron cerca del año 1980.
● Preferiblemente usan glicol.
● Reducen la carga del refrigerante, por lo que por ende reducen los costos de refrigerante y la emisión de gases efecto invernadero.
● Sin embargo, tienen un impacto negativo en su desempeño energético, lo cual:
○ Se debe a menores presiones de succión (única presión de succión).
○ Puede ser minimizado usando CO2 recirculado
○ Tiene cargas parásitas en el bombeo.
○ Cuenta con una sola temperatura de glicol (media temperatura).
○ Tiene ganancias por calor sensible (no hay cambio de fase en los serpentines interiores)
○ Se caracteriza por menores propiedades de transferencia de calor.
○ Requiere grandes bombas de circulación.
○ Tiene ganancias de calor por recorrido de tubería
Figura 4. Sistemas de enfriamiento directo vs Indirecto.
Estas soluciones van de la mano con el análisis y alternativas del tipo de refrigerante y las consideraciones esenciales con respecto a estos: (figura 5).
● Potencial de Calentamiento Global (GWP): Los impactos de la selección del refrigerante en el GWP son significativos y que se deben preferir los refrigerantes con valores de GWP más bajos.
● Clasificación de seguridad del refrigerante (A2L/A3): La clasificación de seguridad del refrigerante se basa en la toxicidad y la inflamabilidad del mismo. Los refrigerantes A2L son ligeramente inflamables y los A3 son altamente inflamables, por lo que se deben tomar precauciones especiales al usarlos.
Conclusión
Los sistemas de expansión directa tienen una mayor eficiencia energética, (evaporación a una TSS más alta y sin costo de bombeo) pero también una mayor carga de refrigerante y un mayor riesgo de fugas. Por otro lado, los sistemas de expansión indirecta tienen una menor eficiencia energética y un mayor costo de bombeo.
Sin embargo, lo anterior que es una premisa general, existen variables que pueden minimizar esa menor eficiencia, como intercambiadores con bajo DT, refrigerantes recirculados como el C02 de mayor capacidad de transferencia de calor, bombas de velocidad variable trabajando a cargas variables, neveras con exigencias de bajo DT en el glicol, entre otras medidas. Sería objeto de una metodología TEWI para verificar su real impacto equivalente entre emisiones directas e indirectas.
Figura 5. Propiedades de las alternativas de reemplazo de refrigerantes.
Grupo de succión única o succión dedicada: Debido a que los supermercados tienen un amplio rango de requerimientos de temperatura para los diferentes productos, se recomienda la agrupación de los compresores en varios grupos de succión. La agrupación de succión se refiere a la práctica de agrupar evaporadores que tienen requisitos similares de presión de evaporación y asignar un compresor dedicado (o compresores) a estos evaporadores.
Un sistema más eficiente tendrá grupos separados de compresores para los evaporadores de baja temperatura y para los evaporadores de temperatura media. Sin embargo, los diseñadores también deben tener en cuenta que, según la dinámica específica de un sistema, puede no tener sentido crear un grupo de succión separado basado únicamente en la temperatura de los evaporadores. También debe haber carga suficiente en los diferentes grupos de temperatura para justificar la división de la succión.
Una recomendación específica es crear grupos adicionales de succión cuando la temperatura de succión saturada (SST) es más de 5 °F por debajo de la temperatura saturada del evaporador más caliente (SET) en ese grupo.
A pesar de que resulte en una mayor inversión en muchos casos puede haber hasta dos grupos en baja temperatura y tres en media.
Succión flotante: Además del diseño eficiente de los grupos de succión, se puede ahorrar energía adicional “flotando” (aumentando) la presión de succión durante la operación del sistema. Al igual que la reducción de la presión de condensación por estrategia de condensación flotante, el aumento de la presión de succión flotante ayuda a reducir la carga total del compresor durante la operación.
La presión de succión flotante normalmente se puede aplicar a grupos de succión diseñados a 25°F o SST más bajos.
Para aprovechar este ahorro, se necesita monitorear la temperatura del producto (normalmente se hace indirectamente mediante el monitoreo de los flujos de aire de descarga o retorno en los evaporadores) y es necesario para asegurar que las temperaturas del producto no se vean comprometidas a medida que las temperaturas de evaporación flotan. También se requiere una lógica en el controlador del compresor para evaluar las temperaturas del producto y ajustar los puntos de ajuste de SST para el ciclo del compresor.
Nota: la segunda parte de este especial se publicará en la próxima edición: 26-6 Nov/Dic.
* Ing. Giovanni Barleta, Presidente de ACAIRE. Consultor Internacional en sistemas HVACR. Conferencista Distinguido de ASHRAE.
* Ing. Sebastián Madariaga. Diseñador y consultor Internacional.
