Reduciendo la energía primaria asociada a los cambios de aire

Raul Simonetti, HVAC/R Corporate Business Manager en Carel Industries

02/02/2022

Cambiar el aire en los espacios interiores es una forma efectiva de mantener bajo control la concentración de patógenos. Las pautas de ventilación actuales recomiendan mantener la ventilación con un 100% de aire exterior las 24 horas del día, los 7 días de la semana, o tanto como sea posible si eso no es factible. Obviamente, el aire exterior necesita ser filtrado y acondicionado para garantizar los puntos de ajuste de temperatura y humedad interior; esto, a su vez, implica un mayor consumo de energía primaria relacionado con los sistemas HVAC, porque se necesita tratar más aire exterior en comparación con la situación anterior a la COVID-19, cuando el flujo de aire exterior era habitualmente el 20% del suministro total que entraba en el sistema.

Entonces, ¿es posible minimizar el consumo de energía primaria a niveles razonables, e incluso similares a la situación anterior a la pandemia?

Así parece, según simulaciones realizadas en cuatro climas europeos diferentes: Atenas, Berlín, Madrid y Milán.

Para ahorrar energía, es muy importante recuperar la mayor cantidad posible del aire de salida. Por lo tanto, un intercambiador de calor entre los flujos de aire de escape y de suministro es una gran ventaja en la unidad de tratamiento de aire, UTA, utilizada para simular las cuatro ciudades.

El enfriamiento evaporativo, tanto directo como indirecto, ayuda a reducir el consumo de energía relacionado con el enfriamiento.

La modulación de todos los dispositivos de la UTA (serpentines, enfriadores evaporativos, sopladores, etc.) aporta una ventaja adicional, ya que el funcionamiento de los dispositivos se modula para proporcionar la demanda exacta de calor o frío, o el suministro de flujo de aire basado en la ocupación real.

La UTA utilizada en la simulación se muestra en las siguientes imágenes. La UTA es la misma, pero difiere en la forma en que se genera el aire de suministro:

• Escenario pre-pandemia: la ventilación funciona 12 h/día; el aire de impulsión (flujo constante) se compone de aire exterior (20%) y aire recirculado (80%); la humidificación es por vapor (eléctrico); el intercambiador de calor no se desvía; no se instala ningún enfriador evaporativo indirecto.

• Escenario pandémico: la ventilación está en servicio 24/7; el aire de impulsión (flujo constante) está compuesto al 100% por aire exterior; la humidificación es por vapor (eléctrico); el intercambiador de calor se desvía según las pautas de ventilación; no se instala ningún enfriador evaporativo indirecto.

• Escenario post-pandemia: la ventilación funciona las 24 horas del día, los 7 días de la semana; el aire de impulsión (caudal variable) está compuesto al 100% por aire exterior; la humidificación es por enfriador evaporativo directo; el intercambiador de calor no se desvía y se supone que no hay contaminación de flujo cruzado; un enfriador evaporativo indirecto está instalado y funcionando.

Escenario pre-pandemia.

• Caudal de aire Q= 31.600 m³/h

• Recuperación de calor ζ= 73%, bypass on/off

• Humidificación isotérmica de fuente eléctrica

• Porcentaje de aire exterior= 20%

• Porcentaje de aire recirculado= 80%

• Gestión de flujo de aire constante (CAV)

• Operación 12 horas/día

Escenario pandémico.

• Caudal de aire Q= 31.600 m³/h

• Recuperación de calor by-pass

• Fuente eléctrica de humidificación isotérmica

• Porcentaje de aire exterior= 100%

• Porcentaje de aire recirculado= 0%

• Gestión de flujo de aire constante (CAV)

• Operación 24 horas/día

Escenario post-pandemia

• Caudal de aire Q= 31.600 m³/h

• Recuperación de calor ζ= 73%, modulante de derivación

• Humidificación adiabática

• Porcentaje de aire exterior= 100%

• Refrigeración evaporativa indirecta con amortiguación de la unidad de recuperación de calor

• Porcentaje de aire recirculado= 0%

• Gestión de flujo de aire variable (VAV)

• Operación 24 horas/día

En las cuatro ciudades elegidas, las simulaciones alcanzaron resultados similares:

• Escenario pre-pandemia: punto de base.

• Escenario pandémico: hay un gran aumento de consumo de energía primaria, ya que la cantidad de aire exterior a acondicionar aumenta del 20% en el escenario anterior a la pandemia al 100%.

• Escenario post-pandemia: el consumo de energía primaria se reduce drásticamente en comparación con el escenario de la pandemia, alcanzado valores similares a los de la situación anterior a la pandemia; esto es debido a la modulación, la recuperación de calor y los enfriadores evaporativos.

Simulación de requerimientos de energía primaria en las tres configuraciones de UTA para las condiciones climáticas de la ciudad de Atenas.

Simulación de requerimientos de energía primaria en las tres configuraciones de UTA para las condiciones climáticas de la ciudad de Berlín.

Simulación de requerimientos de energía primaria en las tres configuraciones de UTA para las condiciones climáticas de la ciudad de Madrid.

Simulación de requerimientos de energía primaria en las tres configuraciones de UTA para las condiciones climáticas de la ciudad de Milán.

Una vez superada la actual pandemia, volveremos a la normalidad. Sin embargo, dependiendo del clima, será posible tener una ventilación con aire 100% exterior, pero con un consumo de energía primaria cercado al escenario pre-pandemia; y lo mismo ocurrirá con los gastos de funcionamiento. Esto es posible gracias a sistemas de ventilación totalmente modulables, con recuperación de energía, enfriadores evaporativos y sistemas de control y monitorización capaces de sacar el máximo partido a los dispositivos que gestionan.