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.

Fi­gu­ra 2. Edi­fi­cios de con­su­mo de ener­gía ca­si nu­la.

Fi­gu­ra 1. Es­ce­na­rio eu­ro­peo pa­ra po­lí­ti­ca ener­gé­ti­ca y cli­ma pa­ra 2020 y pa­ra 2030.

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.

Fi­gu­ra 3. Cur­va ho­ra­ria de dis­po­ni­bi­li­dad so­lar y de de­man­da de re­fri­ge­ra­ción, en fun­ción de la ho­ra so­lar.

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