Climaveneta: Soluciones avanzadas
Climaveneta: Soluciones avanzadas de ahorro energético en grandes instalaciones
Equipos Climaveneta Energyraiser con recuperacióndinámica de calor
A partir del nuevo código técnico de la edificación en España, el ahorro energético se ha impuesto como un factor clave en el diseño y proyección de instalaciones.
Los equipos de aire acondicionado descargan grandes cantidades de energía calorífica al ambiente que en la mayor parte de los casos se desperdicia.
Esta ponencia hace un análisis exhaustivo de las posibilidades de la recuperación de energía en equipos de producción A/C y su posible utilización para la producción de ACS, calentamiento de piscinas y otras aplicaciones.
Se realizarán varias simulaciones en distintos escenarios exponiendo sus ventajas e inconvenientes respecto a la solución solar térmica, haciendo especial hincapié en los siguientes puntos.
• Menor coste de instalación
• Menor coste de explotación
• Menor impacto ambiental y reducción drástica de las emisiones indirectas de CO2.
También se comentará la cabida de la recuperación de energía en el CTE y el nuevo RITE y la posibilidad de reducir o eliminar justificadamente la instalación de ACS solar con el consiguiente ahorro en el coste de la instalación.
Explicación energética de la recuperación de calor
Los equipos de climatización convencionales cuando funcionan en modo frío, descargan grandes cantidades de energía en forma de calor a la atmósfera.
Aunque algunos fabricantes se obstinen, la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Gracias a un principio tan fundamental de la termodinámica, podemos entender un equipo de aire acondicionado como un motor que mueve cantidades de calor de un punto a otro consumiendo un trabajo eléctrico. El término coloquial “dar frío” realmente significa mover el calor excedente de la instalación al exterior gracias a un gasto eléctrico.
El gasto eléctrico es necesario, para invertir el movimiento natural del calor que tendería a fluir del foco más caliente (el exterior de la instalación) al foco más frío (la instalación).
Los equipos de última generación, son capaces de reutilizar el calor residual en un circuito independiente que se puede emplear en la producción de agua caliente sanitaria u otras aplicaciones como el calentamiento de piscinas, apoyo en la calefacción en instalaciones a 4 tubos, etc.
Siempre que los equipos tengan una demanda de frío, podrán recuperar en forma de calor la misma potencia frigorífica más un 20-30% aproximadamente.
El 20-30% es una estimación que proviene del consumo eléctrico de los compresores, en el que influyen varios factores entre los que se pueden destacar las condiciones exteriores, la eficiencia del equipo y el grado de utilización del mismo.
Descripción del funcionamiento de una Energyraiser
Los equipos tipo Energyraiser, son capaces de gestionar de forma automática e independiente 2 circuitos hidráulicos, uno de agua fría y el otro de agua caliente.
Siempre que se detecte una demanda simultanea de frío y calor, el sistema de control Energyraiser intentará aprovechar el ciclo de recuperación de calor generado en la producción de frío. Por lo tanto, en instalaciones con demandas constantes de frío como procesos industriales o en instalaciones de clima a 4 tubos que puedan tener una demanda simultánea de frío y calor como hospitales, centros comerciales o edificios de oficinas, se producirán grandes cantidades de calor gratuito que se podrá reutilizar mediante el ciclo de recuperación.
En el gráfico siguiente, se pueden ver las curvas de demanda típicas de una gran instalación a 4 tubos. Dado que hay demanda frigorífica durante todo el año será posible reciclar el calor residual del ciclo de frío para apoyar la calefacción y la producción de ACS.
En el caso anterior, el ahorro energético respecto a la solución convencional con enfriadoras y calderas de alto rendimiento es del 32%. Un ahorro de 200.000€ anuales supone que con el ahorro obtenido durante 5 años, podríamos substituir todo el parque de máquinas, y en 10 años el ahorro acumulado es cercano a 1.000.000€.
A continuación se analizarán las diferentes situaciones que se pueden producir durante el funcionamiento automático de los equipos Energyraiser y cómo son resueltos por el sistema.
A) La demanda de Calor es mayor a la demanda de frío: Cuando la demanda de calor es mayor a la demanda de frio, no es suficiente con el calor de condensación para cubrir la demanda calorífica de la instalación. En este caso se completará la producción de calor con el ciclo de bomba de calor de uno de los compresores.
B) No hay demanda de calor:La planta trabaja como una enfriadora convencional.
C) No hay demanda de frío:La planta trabaja como una bomba de calor convencional.
D) La demanda de calor es igual a la demanda de frío:Este caso se produce muy pocas veces durante el año (a no ser que se haya estudiado la instalación para este propósito). La producción de calor de recuperación está equilibrada con la demanda de la instalación. La planta apagará sus ventiladores y trabajará como un equipo agua-agua.
Equipos Climaveneta TECS con compresores de levitación magnética
Al contrario de un compresor centrífugo convencional, los equipos TECS incorporan la última tecnología disponible en el mercado actualmente. Las unidades TECS vienen equipadas con compresores de levitación magnéticos que no necesitan aceite ya que el rotor está levitando respecto al estator, al no haber fricciones de ningún tipo, el rendimiento a cargas parciales es muy alto, las vibraciones son prácticamente inexistentes y el nivel sonoro es mínimo.
Los compresores pueden trabajan desde 21.000 rev/min hasta 48.000 rev/min controlados con un sistema DC inverter. Desde un punto de vista energético, esto les permite modular la potencia frigorífica del 10 al 100% de su potencia real permitiendo un ajuste exacto a las necesidades de instalación en cada momento. El ajuste de potencia es casi instantáneo dada la baja masa de los compresores (aluminio) y los algoritmos PID incorporados en el control de última generación.
Rendimiento.
Cualquier compresor pierde rendimiento al reducir su carga dado que se mantienen las fricciones dinámicas entre sus componentes internos, en el caso de los compresores magnéticos, el rendimiento aumenta a cargas parciales dado que no hay fricciones de ningún tipo. Los equipos convencionales compensan la pérdida de rendimiento del compresor a cargas parciales dado que las superficies de intercambio se mantienen constantes y por lo tanto aumenta su relación con la potencia generada.
En un equipo convencional, desde el 100% hasta el 40% de carga el rendimiento aumenta por el fenómeno de las superficies de intercambio sobredimensionadas, a cargas parciales por debajo del 40%, el rendimiento cae en picado ya que las fricciones que se producen en el compresor cobran importancia respecto a la potencia total generada.
Esto no sucede con los compresores magnéticos donde el rendimiento continúa subiendo incluso a cargas parciales por debajo del 40%, ya que no hay fricciones internas de ningún tipo. Estadísticamente está demostrado que los equipos trabajan el mayor número de horas por debajo del 50% de capacidad, lo cual hace muy atractivo desde un punto de vista energético el compresor magnético.
Otro punto a destacar que no se toma en cuenta habitualmente, es la pérdida de rendimiento y potencia de los equipos a lo largo del tiempo. Este se produce fundamentalmente por la perdida progresiva de capacidad de intercambio de los intercambiadores por la incrustación de una película de aceite en su interior. Este proceso es inevitable en equipos que utilizan aceite como lubricante y se estima una pérdida de rendimiento de un 8-10% cada 10 años.
Esto no sucede en los equipos magnéticos porque no utilizan aceite.
En instalaciones de uso intensivo con expectativas de vida prolongadas, este factor cobra especial importancia.
A continuación se muestran las curvas comparativas de rendimiento en el momento de adquisición y transcurridos 10 años de un centrífugo convencional, un centrífugo inverter de alto rendimiento y un equipo magnético.
Como se puede apreciar en los gráficos anteriores, en el momento de adquisición, por debajo del 50% de carga los equipos magnéticos son muy superiores incluso al equipo centrífugo de alto rendimiento inverter. Una vez pasados 10 años, los equipos magnéticos son energéticamente superiores prácticamente durante todo el tiempo de utilización.
Fiabilidad
Desde el punto de vista de la fiabilidad de un sistema mecánico, es conocido que a mayor número de piezas en movimiento y complejidad, mayor probabilidad de fallo del mismo. En el caso del equipo magnético, sólo hay una pieza en movimiento que es el rotor (que nunca llega a tocarse con otro componente en movimiento), en un centrifugo convencional hay: rodamientos, reductoras, sistemas auxiliares de control del nivel de aceite, etc.
El sistema inverter es de tipo DC a imán permanente de Neodimio, por lo tanto, es un motor sin escobillas (brushless). El no tener escobillas aumenta considerablemente el tiempo de vida del motor, esto no sucede con el sistema inverter de los centrífugos convencionales.
La ausencia de aceite evita la complejidad de los sistemas auxiliares de control del nivel que en el caso de los centrífugos convencionales tienen gran criticidad dado que utilizan evaporador inundado.
La ausencia de vibraciones y fricciones evidentemente también supone un punto a favor del sistema magnético reduciendo el desgaste por fatiga mecánica de todos los componentes del mismo.
Los equipos magnéticos utilizan configuraciones con varios compresores, en el caso de mayor potencia hay 4 compresores trabajando en paralelo, los equipos centrífugos convencionales sólo tienen un compresor.
Intensidad de arranque
La intensidad de arranque en los equipos magnéticos es prácticamente despreciable gracias a la fricción nula en el momento de iniciar la rotación por el sistema DC Inverter.
Nivel sonoro
Como se ha podido ver en el gráfico anterior, las vibraciones transmitidas a forjados son mucho menores que las producidas por un equipo convencional, por lo tanto, y en consecuencia, el nivel sonoro es también menor. Hay que destacar que el funcionamiento de los equipos magnéticos se produce entre 20.000 y 48.000 rev/min, por lo tanto, el ruido resultante es muy poco molesto dado que la mayor parte de la energía disipada en forma de sonido es a frecuencias, donde el oído humano tiene muy poca sensibilidad (por encima de los 20 kHz).
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