Medidas de Conservación de Energía en Sistemas de Climatización

1. Medidas de Conservación de Energía en Sistemas de Climatización Ventilación y Aire Acondicionado

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) Método de Refrigeración Medio que recoge calor del espacio Distribución de Aire enfriado Agua Helada Refrigeración por compresión de vapor Volumen de Aire Constrante Expansión Directa (refrigerante) Refrigeración por absorción Volumen de Aire Variable Unidades autocontenidas (refrigerante) ESPOL-FIMCP

4. Descripción Sistema HVAC: Agua Helada Disipación de Calor del Ciclo de refrigeración al medio Máquina de Refrigeración Chiller Calor recogido del espacio 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 Disipación de Calor del Ciclo de refrigeración al medio Calor recogido del espacio climatizado (personas, luces, equipos, ganancia solar, etc.) Máquina de Refrigeración Compresor eléctrico, tipo reciprocante, tornillo, 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 Disipación de Calor del Ciclo de refrigeración al medio Calor recogido del espacio climatizado (personas, luces, equipos, ganancia solar, etc.) Máquina de Refrigeración Compresor eléctrico, tipo reciprocante, tornillo, scroll 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 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 ESPOL-FIMCP

14. 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. ESPOL-FIMCP

15. Métodos de Control de VAV Compuertas 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 el • método más eficiente, desde punto de vista energético. • Se utiliza en ventiladores de tipo vanoaxial. ESPOL-FIMCP

16. Medidas de Conservación de Energía Edificios

17. Oportunidades de Reducción de Carga de Enfriamiento: Edificio Cargas internas: luces, personas, equipos Carga Externa: Radiación Solar por paredes, vidrios, techos Carga externa: infiltración de aire por puertas 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. ESPOL-FIMCP

19. Oportunidades de Ahorro Sistemas Mecánicos de Climatización

20. 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) ESPOL-FIMCP

23. 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. ESPOL-FIMCP

24. 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. ESPOL-FIMCP

25. 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). ESPOL-FIMCP

26. Rutinas de Automatización de Sistemas EMCS (2) • 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. ESPOL-FIMCP

27. Interpretación de Ahorros obtenidos con Sistemas EMCS ahorros Perfil Original de demanda eléctrica en edificio “Rasura” de curva de demanda ahorros Ciclo de tarea ESPOL-FIMCP