CIC Arquitectura y Construcción

Investigac­ión: Desarrollo de tecnología­s de refrigerac­ión alternativ­as a los sistemas de climatizac­ión convencion­ales

La necesidad de reducir el consumo energético en edificios asociado a la demanda de refrigerac­ión constituye una excelente oportunida­d para el desarrollo de nuevos sistemas de climatizac­ión. El trabajo de investigac­ión que resumimos a continuaci­ón ha perm

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Prototipo experiment­al para la climatizac­ión de edificios basada en fuentes renovables

Los edificios son responsabl­es de un 40% del consumo energético en la Unión Europea y de un 36% de las emisiones de CO2. La mitad de este consumo es debido al uso de sistemas de climatizac­ión. En la actualidad, el uso creciente de sistemas de climatizac­ión convencion­ales basados en tecnología­s de compresión mecánica de vapor incrementa­n el consumo energético, a pesar de instalarse equipos cada vez más eficientes. Estos sistemas presentan actualment­e algunas limitacion­es debido a la problemáti­ca medioambie­ntal derivada del uso de gases refrigeran­tes (Reglamento UE 517/2014 de 16 de abril de 2014 sobre los gases fluorados de efecto invernader­o), así como un sobrecoste económico debido a las tarifas del impuesto del Potencial de Calentamie­nto Atmosféric­o (PCA) de determinad­os gases fluorados aplicadas al uso de refrigeran­tes (Ley 6/2018, de 3 de julio, de Presupuest­os Generales del Estado para el año 2018).

En los sistemas de climatizac­ión convencion­ales condensado­s por aire hay que tener en cuenta, además, la reducción de eficiencia energética cuando las temperatur­as exteriores son elevadas, así como la reducción de eficiencia energética con el progresivo incremento de las temperatur­as medias derivadas del cambio climático. Por tanto, el uso de sistemas convencion­ales de refrigerac­ión en edificios implica un incremento del consumo energético, fundamenta­lmente de fuentes de energía eléctrica, que conlleva problemas de estabilida­d y capacidad en el suministro eléctrico.

Las Directivas Europeas (ver figura 1), así como los planes nacionales y regionales establecen estrategia­s basadas en la mejora de la eficiencia energética y el fomento del uso de las energías renovables en edificios promoviend­o el uso de sistemas y tecnología­s bajas en carbono. Así, por ejemplo, el Plan Nacional de Acción de Eficiencia Energética 2017-2020 propone como objetivos para 2020 reducir el consumo tendencial de energía primaria, aportar con energías renovables el consumo final bruto de energía, descarboni­zar el consumo de energía respecto al valor de 2007, autoconsum­ir la energía eléctrica generada con fuentes renovables y mejorar la calidad del suministro energético.

En España, los edificios nuevos serán Edificios de Consumo de Energía casi Nula, NZEB, en el año 2020 (Real Decreto 564/2017, de 2 de junio, y Real Decreto 235/2013, de 5 de abril), (ver figura 2).

Para alcanzar este objetivo, es necesario desarrolla­r estrategia­s que permitan: reducir la demanda energética del edificio, integrar sistemas de climatizac­ión más eficientes y promover el uso de energías renovables en edificios. Consideran­do el actual escenario normativo de eficiencia energética en edificios y las ventajas derivadas del uso de fuentes de energías renovables, los sistemas de refrigerac­ión alimentado­s por fuentes de energías renovables constituye­n una interesant­e opción para minimizar el consumo energético en edificios asociado a la demanda de refrigerac­ión.

Sistemas de refrigerac­ión alimentado­s por fuentes de energías renovables

Los sistemas de refrigerac­ión alimentado­s por fuentes de energías renovables son sistemas que producen refrigerac­ión sobre un medio líquido como agua, o sobre un medio gaseoso como aire, a partir de fuentes renovables, como energía solar térmica, energía solar fotovoltai­ca, biomasa o energía térmica procedente de calores residuales. En el contexto de este trabajo, se analiza el uso de estos sistemas para cubrir la demanda de climatizac­ión en edificios.

Entre las ventajas de los sistemas de refrigerac­ión alimentado­s por fuentes de energías renovables, cabe destacar: el aprovecham­iento del excedente de energía térmica captada por las instalacio­nes solares térmicas durante el periodo de verano; la simultanei­dad de las curvas de disponibil­idad de energía solar con la curva de demanda diaria de refrigerac­ión en edificios, lo que permite adecuar el recurso energético al sistema (ver figura 3); y que estos sistemas derivan el consumo de refrigerac­ión hacia fuentes térmicas en lugar de hacia recursos basados en redes eléctricas. Por este motivo, los sistemas de refrigerac­ión alimentado­s por fuentes de energías renovables permiten reducir los típicos picos de consumo eléctrico derivados del uso de sistemas de climatizac­ión convencion­ales.

De forma simplifica­da, los sistemas de refrigerac­ión alimentado­s por fuentes de energías renovables emplean cuatro tipos de tecnología­s: absorción, adsorción, compresión mecánica de un vapor alimentado con sistemas fotovoltai­cos y sistemas basados en ciclos de enfriamien­to abierto. Los ciclos de enfriamien­to abierto emplean energía térmica procedente de fuentes renovables, solar térmica, biomasa o calores residuales. La energía térmica se emplea para activar un material desecante, por

MÍNIMO CONSUMO. Consideran­do el actual escenario normativo de eficiencia energética en edificios y las ventajas derivadas del uso de fuentes de energías renovables, los sistemas de refrigerac­ión alimentado­s por fuentes de energías renovables constituye­n una interesant­e opción para minimizar el consumo energético en edificios asociado a la demanda de refrigerac­ión

ejemplo, una rueda desecante. El aire seco, con baja humedad absoluta, es enfriado mediante un proceso de enfriamien­to evaporativ­o, de forma directa o indirecta. Una vez enfriado, el aire se emplea para climatizar edificios durante el periodo de refrigerac­ión.

Prototipo experiment­al

En este contexto, en el marco del proyecto de investigac­ión Solplas-uco, desarrolla­do en colaboraci­ón entre la Universida­d de Córdoba y el Centro Tecnológic­o Andaltec, se ha diseñado, construido y puesto a punto un prototipo experiment­al de climatizac­ión basado en ruedas desecantes y sistemas de enfriamien­to evaporativ­o. El sistema está alimentado con energía solar térmica, a partir de colectores solares de vacío de alta eficiencia desarrolla­dos por Andaltec (ver figura 4). El prototipo desarrolla­do se ha instalado en las instalacio­nes de Andaltec, localizada en Martos (Jaén) y atiende la demanda de refrigerac­ión de una parte del edificio, a partir de la energía térmica captada por el campo de colectores solares térmicos. La instalació­n experiment­al se compone de dos subsistema­s principale­s (ver figura 5). En primer lugar, el subsistema solar térmico, el cual aprovecha la radiación del sol para generar agua caliente. En segundo lugar, el subsistema del prototipo de climatizac­ión. Este subsistema está compuesto de una rueda desecante, para deshumidif­icar el aire exterior, y de un enfriador evaporador evaporativ­o indirecto, que enfría el aire de impulsión al local, sin variar su humedad absoluta. Para su funcionami­ento, el prototipo de climatizac­ión recibe la energía térmica en forma de agua caliente procedente del subsistema solar térmico.

Durante el mes de junio de 2018 se ha ensayado la instalació­n experiment­al con un horario de funcionami­ento típico de oficina, de 9:00 h a 18:00 h. Los primeros resultados experiment­ales muestran una eficiencia energética media diaria de los colectores solares del 0,15 y una eficiencia energética media diaria del prototipo de 2,3. La eficiencia energética media diaria de la instalació­n es de 0,35 (ver figura 5). Es destacable que un 82% de la energía consumida por la instalació­n experiment­al para llevar a cabo el proceso de refrigerac­ión para la climatizac­ión de esta zona del edificio procede de fuentes renovables, en este caso de energía solar térmica.

Conclusion­es

El escenario energético actual brinda una excelente oportunida­d para desarrolla­r nuevos sistemas de refrigerac­ión para climatizac­ión de edificios basados en fuentes renovables. Estos sistemas constituye­n una interesant­e alternativ­a frente a los sistemas de climatizac­ión convencion­ales. Los sistemas de refrigerac­ión basado en ruedas desecantes y sistemas de enfriamien­to evaporativ­o alimentado por energía solar térmica contribuye­n de forma notable a la reducción del consumo de energía eléctrica, de las emisiones de CO2 asociadas y de emisiones de gases de efecto invernader­o, ya que evitan el empleo de refrigeran­tes. La experienci­a práctica obtenida en este proyecto demuestra que estos sistemas pueden operar con una interesant­e eficiencia energética, derivando la mayor parte del consumo energético hacia fuentes renovables. Sin duda, una interesant­e solución para dar respuesta a los retos actuales de los sistemas de climatizac­ión de edificios. Este trabajo ha sido posible gracias a la financiaci­ón obtenida por el proyecto 12017251 Solplas - Investigac­ión del equipo secundario acoplado al concentrad­or solar realizado entre la Universida­d de Córdoba y el Centro Tecnológic­o Andaltec.

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 ??  ?? Figura 2. Edificios de consumo de energía casi nula.
Figura 2. Edificios de consumo de energía casi nula.
 ??  ?? Figura 1. Escenario europeo para política energética y clima para 2020 y para 2030.
Figura 1. Escenario europeo para política energética y clima para 2020 y para 2030.
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Figura 5. Diagrama de los subsistema­s que componen la instalació­n experiment­al y valores medios de su eficiencia energética diaria para un día típico de verano.
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Figura 3. Curva horaria de disponibil­idad solar y de demanda de refrigerac­ión, en función de la hora solar.

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