Medidas de Conservación de
Energía en Sistemas de
Climatización
Ventilación y Aire Acondicionado
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
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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
Expansión Directa
(refrigerante)
Refrigeración
por absorción
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Unidades
autocontenidas
(refrigerante)
Volumen de
Aire Constrante
Volumen de
Aire Variable
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Descripción Sistema HVAC:
Agua Helada
Disipación de Calor del
Ciclo de refrigeración
al medio
Máquina de Refrigeración
Chiller
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Calor recogido del
espacio climatizado
(personas, luces, equipos,
ganancia solar, etc.) 4
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.
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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.
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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,
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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.
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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.)
ESPOL-FIMCP
Máquina de Refrigeración
Compresor eléctrico, tipo
reciprocante, tornillo, scroll
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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.
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Sistemas de Distribución de Aire:
Volumen de Aire Constante
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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
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Sistemas de Distribución de Aire:
Volumen de Aire Variable
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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.
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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.
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Medidas de Conservación de
Energía
Edificios
Oportunidades de Reducción de
Carga de Enfriamiento: Edificio
Cargas internas:
luces, personas,
equipos
Carga
externa:
infiltración
de aire por
puertas
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Carga
Externa:
Radiación
Solar por
paredes,
vidrios,
techos
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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.
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Oportunidades de Ahorro
Sistemas Mecánicos de Climatización
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.
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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.)
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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).
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Tubo de Calor
(heat pipe)
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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 tubocoraza. 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.
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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.
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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).
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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.
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Interpretación de Ahorros obtenidos
con Sistemas EMCS
ahorros
Perfil Original de demanda
eléctrica en edificio
“Rasura” de curva de demanda
ahorros
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Ciclo de tarea
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Medidas de Conservación de Energía en Procesos