Autores de la guía - accion-solar.org · Climasol Índice Guía de refrigeración solar 3 1...

Autores de la guía:

Marc Delorme, Reinhard Six: Rhônalpénergie-Environnement (Francia)Daniel Mugnier, Jean-Yves Quinette: Tecsol (Francia)

Nadja Richler: O Oe Energiesparverband (Austria)Frank Heunemann: Berliner Energieagentur GmbH (Alemania)

Edo Wiemken, Hans-Martin Henning :Fraunhofer-Gesellshaft fuer AngewandteForschung e.V. (Alemania)

Theocharis Tsoutsos, Effie Korma: Centre for Renewable Energy Sources (Grecia)Giuliano Dall'o, Paola Frangnito: Associazione Rete di Punti Energia (Italia)

Pedro Oliveira, Joao Barroso: Agencia Municipal de Energia de Sintra (Portugal)José Ramón López, Santiago Torre-Enciso: Ente Vasco de la Energía (España)

Con el respaldo de la Comisión Europea (Dirección General de Energía y Transporte) y el Gobierno Vasco.

La reproducción del contenido de la guía debe ponerse en conocimiento de la Comisión Europea y Rhônalpénergie-Environnement. Ni la Comisión Europea

ni ninguna otra persona en su nombre:

a) ofrece ningún tipo de garantía o manifestación, expresa o implícita, en relación con la informaciónque contiene esta publicación;

b) asume ningún tipo de responsabilidad respecto de la utilización o los daños que pudieran derivarsede esta información.

Las opiniones expresadas en esta publicación no reflejan necesariamente los pareceres de la Comisión.

C l imaso l

Í nd i c eG u í a d e r e f r i g e r a c i ó n s o l a r

3

1 Introducción p 4

1.1 ¿Por qué refrigeración solar?1.2 ¿Son atractivas las tecnologías de refrigeración solar?

1.3 ¿Cómo decidirse por una instalación de refrigeración solar?

2 Reducir las cargas de refrigeración en verano p 6

2.1 Principios generales2.2 Estrategias

2.3 Técnicas para la reducción de las cargas de refrigeración en verano

3 Aire acondicionado solar – Visión general p 10

3.1 Sistemas térmicos de refrigeración3.2 Sistemas de refrigeración evaporativa con desecante3.3 Colectores solares3.4 Precauciones con las torres de refrigeración y las unidades

de acondicionamiento de aire3.5 Costes de inversión y explotación

4 Plantas de refrigeración solar p 16

Ubicación

10 ejemplos

5 Gestionar un proyecto p 28

5.1 Selección de la tecnología – Esquema para toma de decisiones5.2 Reglas básicas para el diseño y dimensionamiento5.3 ¿Por qué realizar un estudio de viabilidad?5.4 Normas específicas en el Estado Español

6 Bibliografía, contactos p 31

INTRODUCC IÓN

La demanda de aire acondicionado en el sector terciario aumenta cada vez más debido a un deseo de mayorconfort pero también como consecuencia de las altas temperaturas que se están produciendo durante la últi-ma década. Paralelamente, las técnicas pasivas o semipasivas utilizadas durante siglos para lograr óptimascondiciones de confort en espacios cerrados parecen haber caído en el olvido en numerosos edificios dereciente construcción.

El uso cada vez más extensivo de equipos eléctricos de refrigeración por compresión es responsable de unamayor demanda de energía eléctrica en verano, que llega a alcanzar el límite de la capacidad del sistemaeléctrico en algunas zonas. Las emisiones de gases de efecto invernadero han aumentado, ya sea por lamayor demanda de energía o por las fugas de fluidos de refrigeración, intensificando el círculo vicioso delcambio climático.

Como se expone en la primera parte de esta publicación, existe un amplio abanico de soluciones pasivas, yasea para nuevos edificios en fase conceptual o para los ya existentes, que mejoran las condiciones de losespacios cerrados sin necesidad de ningún sistema de aire acondicionado, reduciendo espectacularmente lasnecesidades de refrigeración durante el periodo estival.

Además tenemos a nuestra disposición la radiación solar. Y las tecnologías de refrigeración solar que se exponenen este documento han demostrado tanto su eficacia como su fiabilidad, algunas de ellas durante más de diezaños. Estas tecnologías emplean fluidos refrigerantes no dañinos (normalmente agua) y mucha menos energíaprimaria que los sistemas clásicos. Así pues, ¿por qué no utilizar la energía solar para mantener los espacios cer-rados durante el verano en unas condiciones óptimas de confort?

1

Desde hace mucho tiempo se han venido utilizando distintos métodospara prevenir el calor y reducir las temperaturas de los locales cerradosen verano. En la zona del Mediterráneo, por ejemplo, se pintan los edifi-cios de colores claros para que reflejen una parte de la radiación solar. Lasestrategias de refrigeración alternativas se basan en varias tecnologías derefrigeración pasivas y de bajo consumo energético destinadas a protegerlos edificios por medio de medidas de diseño o componentes especialesque moderen las ganancias térmicas o solares, o que expulsen el excesode calor al medio ambiente. Lo que pretenden todas estas técnicas esreducir las cargas de refrigeración durante el verano y, con ello, la deman-da de electricidad de los sistemas de aire acondicionado.

Durante el verano, la demanda de electricidad aumenta debido a unmayor uso de sistemas de aire acondicionado, lo que incrementa la cargaeléctrica pico y provoca graves problemas de suministro eléctrico. Laescasez de energía es peor en años "secos" ya que las centrales hidroe-léctricas se ven limitadas y no pueden ayudar a cubrir dicha carga.

El uso de energía solar para la refrigeración de edificios es un conceptoatractivo dado que la carga de refrigeración coincide, generalmente, conla disponibilidad de energía solar, es decir, la demanda de refrigeración deun edificio está más o menos en fase con la incidencia solar.

Los sistemas de refrigeración solares presentan la ventaja de que utilizanfluidos totalmente inocuos, como agua o soluciones de determinadassales. Son energéticamente eficientes y medioambientalmente seguros.Se pueden utilizar bien como sistemas independientes, bien conjunta-mente con sistemas de aire acondicionado convencionales para mejorarla calidad del aire de los espacios cerrados de toda clase de edificios. Elprincipal objetivo es utilizar tecnologías sin emisiones para reducir elconsumo de energía y las emisiones de CO2.

1.1 - ¿Por qué refrigeración solar?

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1.2 - ¿Son atractivas las tecnologías de refrigeración solar?Pese a que existe un gran mercado potencialpara la tecnología de refrigeración solar, lossistemas que hoy por hoy existen no soneconómicamente competitivos frente a losequipos de climatización a gas y eléctricos,debido principalmente al elevado coste deinversión de los sistemas de refrigeraciónsolares y al bajo precio de los combustiblesconvencionales.

Si se reduce el coste de los distintos compo-nentes (colectores solares, máquina frigorífi-cas...) y se mejora su rendimiento la situaciónpodrá cambiar radicalmente; con todo es difícilpredecir la fecha en que dichas tecnologíassolares alcanzarán la madurez en términoseconómicos.

Sólo se puede comparar una tecnología solarcon otra que utilice fuentes de energíaconvencional si se incluyen en cada caso loscostes medioambientales y los costes sociales(con efectos secundarios, costes de distribu-ción y costes indirectos). También debe tener-se en cuenta la imposibilidad de predecir losprecios de los combustibles convencionales alargo plazo.

En términos generales, en relación con las tec-nologías de energía solar, se constata que:

su coste desciende conforme se van produ-ciendo masivamente;su madurez técnica les permite satisfacerlas necesidades de los consumidores;son mucho más respetuosas con el medioambiente que los sistemas de aire acondi-cionado convencionales.

De todo lo citado, se deduce que es necesarioalgún tipo de incentivo a la inversión o algunatasa o impuesto energético que ayude a refle-jar todos los costes medioambientales de loscombustibles convencionales. En muchospaíses, la disponibilidad de ayudas proporcionauna solución atractiva económicamente.

1.3 - ¿Cómo decidirse por una instalación de refrigeración solar?

¿Está convencido de que para salir del círculo vicioso del cambio climático necesitamos un plan-teamiento de nuestro consumo energético que tenga mucho más en cuenta el medio ambiente? ¿Deque el primer paso de dicho planteamiento consiste en reducir las necesidades de refrigeraciónmediante técnicas pasivas o bioclimáticas? ¿Y de que si todavía se necesita un sistema de refrige-ración, las tecnologías de refrigeración solar, respetuosas con el medio ambiente, podrían ser unabuena solución? Entonces, siga leyendo esta publicación.

La primera sección presenta las principales técnicas pasivas o semipasivas para reducir las cargas derefrigeración durante el verano.

Después se describen las distintas tecnologías de refrigeración solar, a saber, absorción, adsorción ysistemas de refrigeración evaporativa con desecante .

También contiene una extensa relación de instalaciones comerciales en funcionamiento, con diezcasos en distintos países, contextos climáticos, utilización y gama de técnicas aplicadas.

Por ultimo, aunque no por ello menos importante, se ofrecen consejos para que su proyecto de aireacondicionado solar avance.

REDUC IR LAS CARGAS DE REFR IGERAC IÓN EN VERANO

Gracias a los sistemas de refrigeración con energía solar es posible enfriar los edificios sin que ello

repercuta en el medio ambiente. Ahora bien, aunque la energía solar que utilizan es gratuita, para una

misma potencia de refrigeración estos sistemas son más costosos que los sistemas de refrigeración

por compresión tradicionales.

Así pues, a la hora de instalar un sistema de refrigeración solar es necesario analizar detenidamente

las características del edificio en cuestión y adoptar todas las medidas que sean necesarias para redu-

cir necesidades energéticas. El objetivo de este capítulo es resumir los principios, estrategias y téc-

nicas aplicables para reducir las cargas de refrigeración en verano.

Los consejos que aquí se ofrecen abarcan tanto edificios en proyecto, en los que se podrá optar por

planteamientos y soluciones más innovadoras, como otros ya existentes, para los que hay, en cual-

quier caso, muchas estrategias disponibles.

En los sistemas de refrigeración estivales, la potencia de refrigeración delas máquinas frigoríficas se evalúa en función de la carga de refrigera-ción necesaria en este periodo del año, es decir, la suma de todas las car-gas de refrigeración, ya sean internas y externas, que van a afectar alequilibrio térmico entre el local cerrado y lo que quiera que haya en elexterior (no solamente el entorno exterior como tal, sino también todoslos locales colindantes que no dispongan de un sistema de aire acondi-cionado). En verano, la cantidad de calor que hay que eliminar dependede una serie de factores, alguno de los cuales, como la incidencia de laradiación solar, varía en función de la hora del día.

A continuación se enumeran los factores que repercuten en mayor medi-da en las cargas de refrigeración estivales:

los efectos de la radiación solar a través de superficies transparentes;los efectos de la transferencia de calor a través de los cerramientostanto opacos como transparentes;

los efectos de la inercia térmica de las estructuras de los edificios;las cargas térmicas internas, tanto sensibles como latentes, debido ala presencia de personas y a fuentes de calor (iluminación, distintostipos de máquinas, etc.);el aumento de calor, tanto sensible como latente, debido a la infiltra-ción y ventilación de la estancia.

El cuadro de flujo de la Figura 1 muestra que las características de loselementos arquitectónicos que definen la envolvente de un edificioinfluyen enormemente en la carga de refrigeración estival.

Un sistema de refrigeración previsto para los meses de verano debe sercapaz de eliminar del edificio tanto el calor sensible como el latente.

2.1 - Principios generales

2

6

Figura 1Diagrama de flujo delprocedimiento de cálculopara evaluar la carga derefrigeración de un edificioen verano

Factores climáticos

Edificio usuarios

dispositivos paragenerar sombra

masa térmicacomo almace-namiento de

calor

masa térmicacomo almace-namiento de

calor

radiación solartemperaturadel aire

humedadespecífica delaire exterior

otros equipos

calor totalsensible

transmisión sinincluir paredes

y tejado

radiación ytransmisiones deparedes y tejado

radiación solara través desuperficiesacristaladas

calor totallatente

calor totalque se ha de eliminar

iluminación

personascargasinternas

infiltración yventilación

7

Figura 5Protección solar con salienteshorizontales y toldosexteriores en una edificio deoficinas de Dresde (Alemania).

Figura 4Dispositivos verticalespara generar sombraen un edificio deoficinas de Dresde(Alemania)

Figura 3En la fase deplanificación se puedereducir la carga derefrigeración durante elverano recurriendo aestrategiasbioclimáticas.

Figura 6Saliente horizontal con módulos

fotovoltaicos integrados(casas solares en

Friburgo (Alemania)]

Figura 2Oficinas de la Cámara de Comercio en Friburgo(Alemania); buen ejemplo de la aplicación de técnicaspara reducir cargas térmicas en verano (protecciónsolar y ventilación del tejado), dispositivos desombreamiento y tejado verde.

La carga de refrigeración de un edificio en verano y, por consiguiente, losrequisitos de energía del sistema de refrigeración, se pueden reduciradoptando estrategias "bioclimáticas" (Figura 3).Reducción de cargas de calor en la fase de diseño:

protección frente al sol de ventanas, paredes y cubiertas de superficiesutilizando pantallas o filtros artificiales o naturales (Figuras 4 y 5).mayor inercia térmica en combinación con ventilación nocturna;adecuada ventilación.

Reducción de la temperatura exterior interviniendo en el entorno exteriorpróximo al edificio mediante:

el aumento de la humedad relativa del aire por medio de estanques,fuentes y vegetación;el sombreamiento con vegetación (árboles, pérgolas, etc.); la reducción de la reflexión solar externa (creando áreas verdes); la selección de colores claros para las paredes exteriores.

PROTECCIÓN FRENTE AL SOLEn verano, la radiación solar penetra por las superficies acristaladas de laenvolvente del edificio (puertas y ventanas) provocando así un aumentoinmediato de energía que el sistema de refrigeración habrá de eliminar.Para reducir el impacto de la radiación solar se puede recurrir a distintostipos de dispositivos que dan sombra:

dispositivos verticales (para fachadas orientadas al este u oeste) u horizontales (para fachadas orientadas al sur) (Figura 7);pantallas solares externas fijas o ajustables;toldos exteriores (persianas enrollables o de lamas);cortinas interiores (tipo venecianas o de tela);acristalamiento especial.

Los dispositivos para generar sombra exteriores son los más eficaces yaque impiden que la radiación solar alcance las superficies acristaladas.

2.2 - Estrategias

Calor sensible y calor latente en climatización

El calor sensible, que por lo general prevalece fren-te al calor latente, es la suma de aquellas cargas decalor que resultan de un aumento de temperatura.Procede del exterior del edificio y es el resultado dela radiación solar, la diferencia de temperatura entreel exterior y el interior del edificio (transmisión decalor por conducción a través de los cerramientos) ytambién de las denominadas cargas internas, talescomo las personas y cualquier fuente de calor (ilu-minación, máquinas, motores, etc.).

El calor latente, por el contrario, es la suma deaquellas cargas de calor que resultan de un aumen-to de la cantidad de vapor de agua en el aire, esdecir, de un aumento de la humedad del aire, sinaumentar la temperatura. El calor latente ambientalprocede del vapor que emiten las personas (respira-ción y transpiración) y de otras fuentes que produ-cen vapor (refrigeración, secado de lavandería, etc.).

Cuando se ventila una estancia, el aire que viene defuera trae calor sensible ya que su temperatura essuperior a la temperatura ambiente, y calor latente,dado su contenido de vapor.

Protecciónsolar

Vegetación

MaterialesOrientación

Aberturas

Cargas internas Ventilación

Figura 8Impacto térmico de la radiación solar enrelación con el color de la superficie

Si los edificios se proyectan cuidadosamente teniendo en cuenta losparámetros de diseño comentados anteriormente, se puede reducir espec-tacularmente la necesidad de aire acondicionado durante el verano.

Aunque algunas de las técnicas comentadas sólo se pueden aplicar coneficacia en edificios que aún se encuentren en fase de diseño, muchas delas intervenciones para reducir la carga de refrigeración en verano tam-bién se pueden aplicar en edificios ya construidos a un coste razonable.

TÉCNICAS NATURALES Y REFRIGERACIÓN PASIVALas técnicas de refrigeración pasiva se pueden subdividir en dos gruposfundamentales:

las que protegen el edificio con soluciones en su diseño que limitan lasganancias térmicas procedentes del sol y las ganancias internas; las que contribuyen a eliminar el calor estival del interior trans-portándolo a otros ambientes (agua, aire, tierra, etc.).

Los criterios de planificación que se habrán de adoptar se especifican cla-ramente en el folleto "Natural and Low Energy Cooling in Buildings"(véase la bibliografía).

2.3 - Técnicas para reducir las cargas de refrigeración en verano

Figura 9La ventilación natural también depende de la disposición del edificio. Las estancias con doble orientación y con al menos dos paredes al exterioren direcciones opuestas simplifican la ventilación.

Los gráficos de la Figura 7 muestran la eficacia de algunos sistemas deprotección solar.

La protección frente al sol de las superficies opacas de los revestimientosexteriores también es importante dado que también son afectadas por laradiación solar

Si no se pudiesen colocar los dispositivos de apantallamiento necesa-rios se podría optar por una buena elección de colores para la envol-vente del edificio donde predominen los que tengan un bajo coeficien-te de absorción.

CONTROL DE LA MASA TÉRMICALa inercia térmica de un edificio repercute notablemente en la transfe-rencia de calor al ambiente interior.Las estructuras acumulan radiación directa del exterior y la liberan alambiente interior unas pocas horas más tarde.

Un edificio caracterizado por una gran masa térmica tarda más en calen-tarse, cediendo más lentamente el calor que entra a través de las paredes.

Por tanto, en los edificios que tienen una elevada inercia térmica los picosdel sistema de refrigeración son más bajos.

VENTILACIÓNEn verano, la ventilación es uno de los modos más sencillos de conseguirque los ocupantes de un edificio no tengan sensación de calor. Hay dosestrategias posibles. La primera repercute directamente en el bienestarpsicológico de los usuarios y consiste en mover el aire de dentro del edi-ficio con ventiladores de techo o aparatos similares, o dejar que el airecircule mediante corrientes de aire que procede del exterior (siempre ycuando éste no sea más cálido que el aire que hay dentro del edificio).

El segundo método, destinado a enfriar el edificio, consiste en airearinsistentemente las estancias siempre que el aire exterior sea más fríoque el aire de dentro del edificio: de este modo, las estructuras se enfríany prolongan el bienestar de los ocupantes incluso durante las horas máscálidas del día.

Esto obliga a tener:estancias con doble orientación (al menos dos paredes de cara al exte-rior en direcciones opuestas);paredes con aberturas expuestas a bajas emisiones de ruido (para quese puedan abrir y que el aire entre).

Controlar los tres elementos, la inercia térmica, la protección solar y laventilación, proporciona un destacado descenso de las temperaturasmedias interiores durante el verano.

Figura 7

superficie clara superficie oscura

8

Ventilación difícil Ventilación correcta

La eficacia de los distintos sistemas de protección solar depende de:– la geometría de la protección solar– la orientación de la fachada (E, O, S, SE, SO)– la estación del año.

Gra

do

de

tran

smis

ión

Protección solar horizontal

Meses

Protección solarvertical

Protección solarhorizontal y

vertical combinada

Gra

do

de

tran

smis

ión

Gra

do

de

tran

smis

ión

Ahorros*

0% - 6%

4% - 8%

1% - 5%

3% - 7%

0% - 5%

4% - 6%

2% - 4%

10% - 13%

2% - 5%

8% - 19%

2% - 18%

1% - 9%

2% - 8%

4% - 7%

3% - 11%

1% - 8%

0,6% - 1%

0,2% - 0,6%

3% - 6%

2% - 8%

4% - 15%

2% - 4%

4% - 8%

2% - 8%

2% - 8%

Gestión de operación

Reducción de lascargas térmicas

internas

Intervenciones enla envolvente del

edificio

Intervención en el sistema de la

planta

Tabla 1: Gestión técnica y funcional para la reducción de la carga térmica durante la temporada estival, en relación con los costes y ahorros de energía.

* los ahorros son el resultado de una simulación con ordenador hecha en un edificio de oficinas concreto por lo que no deben considerarse valores generales.

REDUCCIÓN DE CARGAS DE REFRIGERACIÓNDURANTE EL VERANO EN EDIFICIOS YACONSTRUIDOS

Las tecnologías comentadas en los párrafos anteriores pueden reducirespectacularmente la carga térmica de un edificio, tanto en lo que ademanda pico se refiere como al consumo de energía mediante:

la mejora de la gestión operativa del sistema de la planta del edificio;la reducción de las cargas térmicas internas;

intervenciones estructurales en la envolvente del edificio;intervenciones en el sistema de aire acondicionado.

La reducción de la carga depende de muchos factores: las característicastécnicas de la envolvente, la orientación, la masa del edificio, la latitud,las condiciones climáticas, etc. Se ha realizado una simulación por orde-nador de un edificio de oficinas en el que se han considerado muchasestrategias y el resultado ha mostrado que es posible lograr una reducciónespectacular (hasta un 45%) si se aplican estrategias bastante normalesde soluciones pasivas.

9

Descripción de la intervención

Regular la temperatura interior de cada espacio

Aumentar la temperatura ambiente (p.ej. 27ºC en lugar de 25ºC)

Aumentar la humedad relativa ambiental (p.ej. 60-55% en lugar de 50%)

Utilizar correctamente los aparatos eléctricos y de iluminación.

Gestionar correctamente las contraventanas y ventanas exteriores

Regular el sistema de iluminación (variación de la intensidad, detectores de

personas, etc.) con lámparas incandescentes

Regular el sistema de iluminación (variación de la intensidad, detectores de

personas, etc.) con lámparas fluorescentes

Utilizar aparatos de iluminación de bajo consumo de energía

(p.ej. lámparas fluorescentes en lugar de lámparas incandescentes)

Dispositivos para generar sombra interiores

Dispositivos para generar sombra exteriores

Colocar salientes verticales (0,6 m)

Colocar salientes horizontales (1,5 m)

Colocar salientes horizontales (0,6 m)

Colocar cristales dobles reflectantes

Colocar película reflectante

Pintar las paredes exteriores de colores claros de baja absorción

Revestimiento aislante de las paredes perimétricas

Colocar paredes con cámara ventilada

Aislar el tejado

Colocar dispositivos para generar sombra en la cubierta

Instalar tejados ventilados

Instalar una unidad de recuperación de calor a partir del aire extraído

Uso de estrategias de "free-cooling" y "night purge" (ventilación nocturna)

Instalar sistemas de regulación eficaces

Instalar terminales radiantes (techos fríos, vigas frías, etc.)

Coste

Ninguno

Ninguno

Ninguno

Ninguno

Ninguno

Bajo

Bajo

Medio

Bajo

Medio

Alto

Alto

Alto

Alto

Medio

Bajo

Alto

Alto

Medio

Alto

Alto

Alto

Medio

Alto

Alto

AIRE ACONDIC IONADO SOLAR V IS IÓNGENERAL TÉCN ICA

3

Método

Ciclo refrigerante

Principio

Fase de sorbente

Parejas de materialestípicos

Tecnología disponibleen el mercado

Capacidad de refrigeración típico

(kW frío)

COP típico

Temperatura deaccionamiento

Colectores solares

Agua - gel de sílice

Refrigeración por adsorción

50 – 430 kW

0.5 – 0.7

60 – 90°C

Tubos de vacío, colectores de placa plana

Agua – bromuro de litioAmoniaco - agua

Refrigeración por absorción

15 kW – 5 MW

0.6 – 0.75 (efecto simple)

80 – 110°C

Tubos de vacío

Agua - gel de síliceAgua - cloruro de litio

Refrigeración evaporativacon desecante

20 kW – 350 kW (por módulo)

0.5 – >1

45 – 95°C

Colectores de placa plana,colectores solares de aire

Agua - cloruro de calcio Agua - cloruro de litio

(Próximamente en el mercado)

> 1

45 – 70°C

Colectores de placa plana,colectores solares de aire

Sólido Líquido Sólido Líquido

Ciclo cerrado

Ciclo cerrado de refrigeración

Agua fría

Ciclo abierto

El refrigerante (agua) está en contacto con laatmósfera

Deshumidificación del aire y refrigeraciónevaporativa

Tabla 2: Visión general de las tecnologías de aire acondicionado solar más comunes.10

En los sistemas de aire acondicionado solares se utiliza calor del sol como motor del proceso de refrigeración. En

la siguiente tabla se muestran las tecnologías más comunes utilizadas junto con el calor del sol. Según esto, los

sistemas de aire acondicionado solares disponibles actualmente se pueden clasificar como:

– sistemas cerrados: son máquinas frigoríficas que proporcionan agua fría que se utiliza en unidades de acon-

dicionamiento de aire para suministrar aire acondicionado (enfriado, deshumidificado) o que se distribuye a tra-

vés de una red de agua fría a las estancias designadas para poner en marcha instalaciones de estancias descen-

tralizadas, p.ej., fancoils. Las máquinas disponibles en el mercado para este fin son las máquinas frigoríficas de

absorción (las más comunes) y las máquinas frigoríficas de adsorción (unos pocos centenares en el mundo pero

de creciente interés en la aplicación de sistemas de aire acondicionado solares);

– sistemas abiertos: que ofrecen un completo acondicionamiento del aire al suministrar aire enfriado y ajusta-

do en humedad en función de las condiciones de confort. El "refrigerante" es siempre agua dado que está en

contacto directo con la atmósfera. Los sistemas más comunes son de tipo refrigeración evaporativa con desecan-

te que utilizan un deshumidificador rotativo con sorbente sólido.

Figura 10Esquema básico del proceso: Qcold es el calorextraído del agua fría en el evaporador delmáquina frigorífica (energía de refrigeración),Qheat es el calor necesario en la parte degeneración para accionar el proceso; y Qreject,la suma de Qcold y Qheat se tiene que eliminara un nivel de temperatura medio TM.Qheat lo suministra el sistema solar o fuentesde calor de apoyo, p.ej., un quemador a gas.

Figura 12Máquina frigorífica de absorción - Hotel Rethimno Village - Creta

11

Las máquinas frigoríficas se caracterizan por tres niveles de temperatura:- un nivel de temperatura alto, a la que se proporciona el calor que

acciona el proceso;– un nivel de temperatura bajo, a la que se obtiene el efecto útil, el frío;– un nivel de temperatura intermedio entre ambos, a la que se elimina

tanto el calor extraído del circuito de agua fría como el calor que accio-na el proceso. Para eliminar este calor, en la mayoría de los casos se uti-liza una torre de refrigeración húmeda.

3.1 - Máquinas frigoríficas térmicas

Un valor clave que describe el grado de efectividad de una máquina fri-gorífica térmica es la eficacia (Coefficient Of Performance, COP), defini-da como el cociente entre el calor extraído del circuito de agua fría ("fríosuministrado") y el calor de accionamiento requerido, es decir, COPthermal

= Qcold / Qheat. Es distinto al COPconv de una máquina frigorífica eléctricaconvencional, definido como COPconv = Qcold / Eelectric, donde Eelectric repre-senta el consumo eléctrico de la máquina frigorífica.

Esta definición de COPthermal no incluye ningún consumo de energía eléc-trica adicional. Así pues, una comparación realista de las distintas tecno-logías exige considerar la aportación de energía total, tanto el calor deaccionamiento, como la energía consumida por las bombas, los ventila-dores, etc. Cabe señalar que cuanto menor sea el COP, mayor aportaciónde calor se necesitará y más calor tendrá que eliminar la torre de refrige-ración. Y al contrario, un valor alto del COP es una ventaja para reducirtanto la aportación de calor como de energía eléctrica de las bombas queimpulsan los fluidos.

La temperatura de agua fría depende del sistema de refrigeración que sehaya instalado en los locales. Si se requiere deshumidificar el aire, esnecesario bajar por debajo del punto de rocío del ambiente por medio defancoils, para ello las temperaturas del agua fría estarán en una gama deentre 6ºC y 9ºC. Para eliminar únicamente cargas de calor sensible, talcomo se consigue con aportación de aire frío o con instalaciones del esti-lo de techos fríos, basta con agua fría a una temperatura de entre 12ºC y15ºC, lo que permite trabajar con la máquina frigorífica a mayor rendi-miento.

MÁQUINAS FRIGORÍFICAS DE ABSORCIÓNEste tipo de máquinas frigoríficas es el más extendido en todo el mundo.La compresión térmica del refrigerante se consigue utilizando una solu-ción refrigerante/sorbente líquida y una fuente de calor, que sustituye elconsumo eléctrico de un compresor mecánico. Para agua fría a más de 0ºC, que es lo que se utiliza en los sistemas de aire acondicionado, nor-malmente se aplica una solución líquida H2O/LiBr con agua como refri-gerante. La mayoría de los sistemas utilizan una bomba para impulsar lasolución líquida, pero ésta consume poca electricidad. Cuando se trabajecon un máquina frigorífica de absorción H2O/LiBr habrá que evitar que lasolución cristalice controlando la temperatura de disipación de calor enla máquina.

En la siguiente ilustración se muestran los principales componentes deuna máquina frigorífica de absorción.

El efecto de refrigeración se basa en la evaporación del refrigerante(agua) en el evaporador a presiones muy bajas. El refrigerante vaporiza-do es absorbido en el absorbedor, diluyendo así la solución H2O/LiBr. Paraque el proceso de absorción sea eficiente es necesario enfriarlo. La solu-ción se bombea continuamente hacia el generador, donde se logra rege-nerar la solución calentándola con una fuente de calor externa (p.ej. conagua calentada mediante energía solar). El refrigerante que sale del gene-rador en este proceso se condensa aplicando agua de refrigeración en elcondensador y circula por una válvula de expansión para entrar de nuevoen el evaporador.

Normalmente, las capacidades de refrigeración de este tipo de máquinasfrigoríficas son de varios cientos de kW. Principalmente se alimentan concalor procedente de algún sistema centralizado, calor residual o calor decogeneración. La temperatura del foco caliente necesaria es normalmen-te superior a 80ºC para máquinas de efecto simple, con un COP que sesitúa en la gama de 0,6 a 0,8. Las máquinas de doble efecto con dos fasesde generador necesitan temperaturas de accionamiento por encima de140ºC pudiendo alcanzar el COP valores de hasta 1,2.

Figura 11Dibujo esquemático de una máquina frigorífica de absorción

Qheat

Qcold

Qreject

TH

TM

TC

Agua caliente Agua de refrigeración

Agua fríaAgua de refrigeración

CONDENSADORGENERADOR

EVAPORADORABSORBEDOR

12

Existen algunas máquinas frigoríficas de absorción con capacidades infe-riores a 50 kW. En los sistemas de aire acondicionado solares con estetipo de máquinas frigoríficas, a menudo se instalan estas unidadespequeñas. Un prototipo, desarrollado recientemente para pequeñaspotencias, permite trabajar a cargas parciales reduciendo la potencia derefrigeración con temperaturas de fuente de calor de 65 ºC y con un COPde todavía 0,7 aproximadamente, lo cual es prometedor para combinarcon energía solar. Esto indica que aún hay posibilidades de mejorar losrendimientos de las máquinas frigoríficas de absorción.

MÁQUINAS FRIGORÍFICAS DE ADSORCIÓN En este caso, en lugar de una solución líquida se utilizan sorbentes sóli-dos. Los sistemas disponibles en el mercado utilizan agua como refrige-rante y gel de sílice como sorbente.

Las máquinas constan de dos compartimentos sorbentes (denominados 1 y2 en la ilustración de más abajo), un evaporador y un condensador. Mien-tras que el sorbente del primer compartimento se regenera utilizando aguacaliente de una fuente de calor externa, p.ej., el colector solar; el sorbentedel compartimento 2 (adsorbedor) adsorbe el vapor de agua que viene delevaporador. Es necesario enfriar este compartimento para que se produzcauna adsorción continua. El agua del evaporador cambia de fase a vaporextrayendo el calor necesario del circuito de agua fría. Éste es, de hecho, elefecto útil de refrigeración. Si la capacidad de refrigeración se ve reducidaa un valor predeterminado debido a la saturación del sorbente en el adsor-bedor, las cámaras intercambian su función. Hasta la fecha, sólo unos pocosfabricantes asiáticos producen máquinas frigoríficas por adsorción.

En condiciones de funcionamiento normales con una temperatura decalor de accionamiento en torno a los 80ºC, el sistema alcanza un COPpróximo a 0,6; aunque puede funcionar incluso con temperaturas deaproximadamente 60ºC. La capacidad de las máquinas frigoríficas oscilaentre 50 kW y 500 kW de potencia de refrigeración.

La simplicidad mecánica de las máquinas frigoríficas de adsorción y suconsecuente robustez es una ventaja.

Como no existe riesgo de cristalización, tampoco hay límites en las tem-peraturas de disipación de calor. No se necesita bomba para la solucióninterna, con lo que el consumo eléctrico es mínimo. La desventaja es suvolumen y peso comparativamente elevado. Es más, puesto que la pro-ducción de máquinas frigoríficas de adsorción es pequeña su precio esactualmente elevado. Como se prevén grandes e importantes mejoras enlos procesos de intercambio de calor de los compartimentos de adsorbe-dores, se puede asumir que las máquina frigoríficas de adsorción de futu-ras generaciones tendrán un volumen y un peso notablemente inferior.

Figura 13Dibujo esquemático de un máquina frigorífica por adsorción

Figura 14Máquina frigorífica por adsorción - Sarantis - Grecia

CONDENSADOR

Agua caliente

Agua de refrigeración

Agua fría

Agua de refrigeración

EVAPORADOR

13

Los sistemas de refrigeración evaporativa con desecante son básicamen-te de ciclo abierto, utilizando agua como refrigerante en contacto direc-to con el aire. El ciclo de refrigeración térmico es una combinación derefrigeración evaporativa y deshumidificación del aire gracias a un dese-cante , es decir, un material higroscópico. Para tal fin, se pueden emplearsustancias líquidas o sólidas. Se utiliza el término "abierto" para indicarque el refrigerante del sistema después de proporcionar el efecto fri-gorífico no se recupera, y que se suministra nuevo refrigerante en un cir-cuito sin retorno. Por consiguiente, sólo se puede utilizar agua comorefrigerante dado que se produce un contacto directo con la atmósfera.La tecnología comúnmente aplicada hoy en día emplea deshumidifica-dores rotativos, que utilizan gel de sílice o cloruro de litio como mate-rial sorbente.

REFRIGERACIÓN EVAPORATIVA CON SORBENTE SÓLIDO Y DESHUMIDIFICADORESROTATIVOS

En la siguiente ilustración se pueden ver los principales componentes deun sistema de refrigeración evaporativa con desecante con energía solar.A continuación se describe el proceso básico para proporcionar aire acon-dicionado.

A: Caso de refrigeraciónEl aire cálido y húmedo del exterior entra en el tambor de deshumidifi-cación que gira despacio y es deshumidificado por la adsorción de agua(1-2). Como el proceso de adsorción calienta el aire, se le hace pasar porun tambor de recuperación de calor (2-3), lo que produce una refrigera-ción previa importante de la corriente de aire de suministro. Posterior-mente, en un humidificador controlado, este aire se humidifica y con ellose enfría aún más (3-4) según la temperatura y humedad deseada de airede suministro. El aire de renovación extraído de las estancias se humidi-fica (6-7) en un grado cercano al punto de saturación para explotar todoel potencial de refrigeración y obtener, de este modo, una recuperaciónde calor efectiva (7-8).

Finalmente, hay que regenerar el tambor de adsorción (9-10) mediante laaplicación de calor a una temperatura relativamente baja que va de los50ºC a los 75ºC con el fin de que el proceso de deshumidificación seacontinuo.

B: Caso de calefacción

En periodos con baja demanda de calefacción, puede que baste con recu-perar calor del aire de renovación por medio de un deshumidificador rota-tivo en modo de giro rápido. Si aumentase la demanda, se aplicaría calorde los colectores térmicos solares y, si fuese necesario, de una fuente decalor de apoyo (4-5).

Normalmente, en los sistemas de refrigeración evaporativa con desecantese pueden utilizar como sistema de calefacción colectores solares térmi-cos de placa plana. El sistema solar puede estar compuesto por colectoresen los que el fluido sea agua y por un depósito de agua caliente paraaumentar el uso del sistema solar. Esta configuración necesita un inter-cambiador de calor agua/aire adicional para conectar el sistema solar alcircuito de aire. Una solución alternativa, con un coste de inversión bajo,es el suministro directo del calor de regeneración por medio de colectoressolares de aire.

Cuando las condiciones exteriores son extremas, por ejemplo, en zonascosteras de la región Mediterránea, el ciclo de deshumidificación deberátener un diseño especial. En tales casos, y debido a la alta humedad delaire ambiental, un ciclo con configuración estándar no es capaz de redu-cir la humedad a un nivel suficientemente bajo como para emplear larefrigeración evaporativa directa. Este problema se puede solucionar conuna máquina frigorífica evaporativa con desecante para acondiciona-miento de aire de diseño más complejo que emplee, por ejemplo, otrointercambiador térmico rotativo o máquinas frigoríficas adicionales ali-mentadas con agua fría.

REFRIGERACIÓN EVAPORATIVA CON SORBENTE LÍQUIDO

Un nuevo avance, que próximamente se introducirá en el mercado, sonlos sistemas de refrigeración evaporativa con desecante donde la sustan-cia de sorción es una solución líquida de agua/cloruro de litio. Este tipode sistemas presenta varias ventajas como, por ejemplo, mayor deshumi-dificación del aire con la misma gama de temperatura de foco calienteque los sistemas de refrigeración con desecante sólido. También tienenmayor capacidad de almacenar energía almacenando solución concen-trada. Esta tecnología es una opción futura prometedora para incremen-tar la utilización de sistemas térmicos solares en el sector del aire acon-dicionado.

3.2 - Sistemas de refrigeración evaporativa con desecante

Figura 16Sistema de refrigeración evaporativa con desecante líquido, instalación del nuevo “Solar Building Innovation Center (SOBIC)”Friburgo-Alemania.

Figura 15Dibujo esquemático de un sistema de refrigeración evaporativa con desecante

calor deapoyo

deshumidificador recuperaciónde calor

humidificadorescargas de

refrigeración

En la siguiente tabla se muestran los colectores térmicos solares que sepueden encontrar en el mercado. No se han considerado, no obstante, lossistemas de alta temperatura como, por ejemplo, concentradores cilin-dro-parabólicos.

En los sistemas de aire acondicionado solares, la diferencia de funciona-miento con respecto a los sistemas de colectores térmicos solares paraproducir agua caliente sanitaria consiste en la alta temperatura a la quelos colectores han de suministrar el calor útil. En máquinas térmicas derefrigeración, la temperatura de accionamiento es básicamente de másde 80ºC, siendo los valores más bajos del orden de 60ºC. En los sistemasde refrigeración evaporativa con desecante, la temperatura de acciona-miento es de más de 55ºC, pudiendo llegar hasta los 90ºC. Debido a losgrandes caudales del circuito de suministro de calor, es difícil lograr unaestratificación ideal en el almacenamiento de agua caliente, siendo tam-bién relativamente elevada la temperatura de retorno al colector solar.

Esto provoca ciertas restricciones a la hora de seleccionar el tipo decolector.

Así pues, en los sistemas de refrigeración evaporativa con desecante sepueden instalar colectores de placa plana estándar y colectores solares deaire. En configuraciones que utilizan máquinas de refrigeración poradsorción o por absorción de efecto simple, el empleo de colectores deplaca plana selectiva se limita a áreas con elevada irradiación. Para otrasáreas y para máquinas frigoríficas que requieren temperaturas de accio-namiento mayores habrá que instalar colectores más eficaces, por ejem-plo, del tipo tubo de vacío. En los sistemas de colectores montados fijosse pueden alcanzar temperaturas más elevadas con colectores de tubo devacío que utilicen concentración óptica. Se trata de una opción interesantepara los sistemas de aire acondicionado solares con máquinas frigoríficasde absorción muy eficaces (doble efecto).

3.3 - Colectores solares

Tipo de colector

Abreviatura en inglés

Colector solar deaire

SAC

Colector de placaplana

FPC

Colector estático deparábola compuesta

CPC

Colector de tubo devacío (CTV)

EHP, EDF, SYC

14Tabla 3

Calentamiento de un líquido

(agua, agua-glicol)

Preparación de agua caliente

sanitaria

Sistemas de refrigeración evaporativa con desecante.

Máquinas térmicas de refrigeración (simple efecto) con

colectores de absorbedores selectivos

Calentamiento directo

del aire

Precalentamiento del aire de

ventilación

Sistemas de refrigeración

abiertos, p.ej., sistemas de

refrigeración evaporativa con

desecante

Calentamiento de un líquido

(agua, agua-glicol):

concentración de la radiación

sin seguimiento

Preparación del agua calientepara uso doméstico e industrial

Máquinas frigoríficas térmicas

(simple efecto)

Tubo de vacío de cristal para reducir

las pérdidas térmicas

EHP: tubo de vacío con "heat pipe"

EDF: tubo de vacío de flujo directo

SYC: tubo de vacío tipo Sydney

con concentrador-reflector

Preparación del agua caliente para

uso doméstico e industrial

Máquinas frigoríficas térmicas de

simple o doble efecto

Principio

Principal área deaplicación

Aplicación prevalente en sistemas solares

de acondicionamiento de aire

Cubierta de cristal

Aislamiento Absorbedorcon canales de aire

Carcasa delcolector

Carcasa del colectorAislamiento AislamientoAbsorbedor concanales para el fluido

Absorbedor con canales para el fluido

Aleta del absorbedor con canal(geometría concéntrica para la entrada y

salida del fluido)

Tubo de vacío de cristal

ReflectorCarcasa delcolector

Cubierta de cristal Ejemplo de CTVCubierta de cristal

15

Las unidades de aire acondicionado tradicionales con renovación de airegeneralmente utilizan sistemas de humidificación, y los sistemas de sor-ción necesitan torres húmedas de refrigeración. Ambas tecnologías pue-den presentar riesgos de desarrollo de legionella si la instalación no cuen-ta con un plan de mantenimiento serio y continuado.

En el caso de máquinas de refrigeración con energía solar se habrán detomar las mismas precauciones que con el resto de instalaciones suscep-tibles de ser focos infecciosos de legionella. Estas precauciones las marcala legislación actual. Esta normativa habrá de tenerse en cuenta a la horade diseñar estos sistemas.

3.4 - Precauciones con las torres de refrigeración y las unidades deacondicionamiento de aire

La mayoría de los proyectos realizados hasta el día de hoy son de inves-tigación o demostración, por lo que todavía resta mucho trabajo a nivelde diseño y proyecto por hacer. El trabajo técnico a la hora de desarrollarun sistema de aire acondicionado solar es mayor que cuando se trata deun sistema convencional. Ello se debe, por un lado, a la incorporación deuna instalación térmica solar y, por otro, a una mayor necesidad disipa-ción de calor que las instalaciones de refrigeración convencionales, dadoque además de evacuar el calor extraído de los locales hay que disipar elcalor que acciona el proceso, el captado por los colectores solares. Asimismo, algunos de los costes de componentes siguen siendo elevadossi tenemos en cuenta que su producción, como en el caso de las máqui-nas frigoríficas de adsorción, dista mucho de estar en un nivel industriala gran escala.

A modo de resumen se puede decir que los costes de inversión de estossistemas son notablemente superiores a los costes de inversión de lassoluciones con sistemas convencionales. Esto es en menor medida apli-cable a los sistemas de refrigeración evaporativa con desecante ya que elmayor coste está en el sistema de ventilación, incluido tanto en el siste-ma solar como en el convencional, y el coste adicional de la instalaciónde colectores solares se ve, en parte, compensado por la ausencia de lamáquina de refrigeración por compresión incluida en la configuración delsistema convencional.

Por otro lado, se puede prever que el coste de explotación de los sistemasde aire acondicionado solares sea notablemente inferior al coste deexplotación de un sistema convencional, principalmente si en el edificioen cuestión el pico de consumo eléctrico lo provoca el compresor de la

máquina frigorífica convencional y ello obliga a contratar una mayorpotencia eléctrica disponible.

Aunque un cálculo preciso de lo que cuesta un sistema de aire acondi-cionado solar depende de cada caso, en términos generales el costeanual, es decir, el coste total, incluyendo la inversión (coste de capital),el coste de explotación y mantenimiento, etc., de un sistema de aireacondicionado solar es actualmente superior al coste anual de un siste-ma convencional.

En cuanto a los sistemas de refrigeración evaporativa con desecante, seprevé que con una reducción moderada del coste de componentes(prácticamente dentro de la gama de negociaciones con los distribui-dores), este tipo de sistemas de aire acondicionado solares puedan yacompetir económicamente con las soluciones convencionales de algu-nas aplicaciones.

En los sistemas que utilizan máquinas frigoríficas térmicas es necesarioavanzar más para mejorar su rendimiento económico. Si bien se prevénreducciones de costes importantes de las máquinas frigoríficas de adsor-ción y de los colectores de tubo de vacío, aún se requieren mayoresavances para aumentar la eficiencia (COP) de las máquinas frigoríficas.Una mayor experiencia de los fabricantes, proyectistas e instaladores deeste tipo de sistemas dará lugar a un descenso de los costes de planifica-ción, instalación y control. Con estas medidas, los sistemas pueden alcan-zar, poco a poco, una gama de costes cercana a la de los sistemas conven-cionales pero siempre ahorrando importantes cantidades de energía pri-maria, con lo que se contribuye a reducir las emisiones nocivas para elmedio ambiente.

3.5 - Costes de inversión y explotación

WolffertsKöln (AL)

OficinasAB - 70 kWVTC - 196 m2 - 1995

1 LfUAugsburg (AL)

Oficinas, sala reunionesAD - 245 kWFPC - 2000 m2 - 2000

14

EcotecBremen (AL)

OficinasAD - 70 kWVTC - 175 m2 - 2000

16

StadtwerkeBückeburg (AL)

Salón de actos, vestibuloDEC - 30 kWSAC - 115 m2 - 1998

17

ILKDresden (AL)

Sala de reunionesDEC - 18 kWFPC - 20 m2 - 1996

18

GründerzentrumRiesa (AL)

Sala de reunionesDEC - 18 kWFPC - 23 m2 - 1997

19

FachhochschuleStuttgart (AL)

Sala de exposicionesDEC - 18 kWSAC - 20 m2 - 1999

20

MayerAlt-Hengstett (AL)

FábricaDEC - 108 kWSAC - 100 m2 - 2000

21

Fraunhofer ISEFreiburg (AL)

Instalación prototipoDEC - 24 kWSAC+FPC - 40 m2 - 2000

22

NCSR "Demokritos“Solar lab Athens (GR)

Oficinas y laboratoriosAB - 35 kWFPC - 160 m2 - 2003

23

Sarantis SAViotia (GR)

Industria (Almacenes)AD - 700 kWFPC - 2700 m2 - 1999

24

Rethymno VillageHotel - Crete (GR)

HotelAB - 105 kWFPC - 450 m2 - 2000

25

Lentzakis S.A.Crete (GR)

HotelAB - 105 kWFPC - 450 m2 - 2002

26

Malteser-Kranken-hausKamenz (AL)

HospitalAD - 105 kWTIM-FPC - 140 m2 - 2000

15Ott & SpiesLangenau (AL)


2

BundespresseamtBerlin (AL)


3

University hospitalFreiburg (AL)

LaboratoriosAD - 70 kWVTC - 230 m2 - 1999

4

IHKFreiburg (AL)

Sala de reunionesDEC - 60 kWSAC - 100 m2 - 2001

5

ZAE BayernGarching (AL)

Oficinas, laboratoriosAB - 7 kWVTC - 30 m2 - 1999

8

ZanderStuttgart (AL)


9

TechnologiezentrumKöthen (AL)


10

StadtwerkeRemscheid (AL)

OficinasAD - 105 kWFPC - 170 m2 - 1999

11

Bautzener StrDresden. (AL)


12

GötzWürzburg (AL)


13

Bundesverkehrminis-terium, Berlin (AL)

Red de agua fríaAB - 70 kWFPC - 229 m2 - 2000

7

Fraunhofer UmsichtOberhausen (AL)

Oficinas, laboratoriosAB - 58 kWVTC - 108 m2 - 2001

6

INSTALAC IONES DE

16

*

*

*

*

*

Tipo de colectorVTC : Colector de tubos de vacío.

FPC : Colector de placa plana.

CPC : Colector de parábola compuesta.

SAC: Colector solar de aire.

TecnologíaAb: Absorción.

Ad: Adsorción.

DEC: Refrigeración evaporativa con

desecante.

4Ubicación (País)

Tipo de edificioTecnología - Potencia de refrigeración (kW)Tipo de colector - Área bruta - En funcionamiento desde

N° *

* Las instalaciones marcadas con asterisco se presentancon más detalle en las páginas siguientes.

Centro ClaraCampoamor,Barakaldo (ES)

Centro social y culturalAB - 229 kWFPC - 163 m2 - 2004

27 Hotel LaiaDerio (ES)

HotelAB - 105 kWFPC - 173 m2 - 2002

40

SiemensCornellá del Vallés (ES)

OficinasAB - 105 kWCPC - 214 m2 - 2003

42

INTAEl Arenosillo (ES)

LaboratorioAB - 10 kWFPC+VTC - 53 m2 - 1994

43

FontedosoEl Oso (ES)

IndustriaAB - 105 kWFPC - 528 m2 - 2003

44

Stella-FeugaSantiago deCompostela (ES)

OficinasAB - 115 kWFPC - 63 m2 - 2003

45

Ineti,Lisboa (PT)

OficinasDEC - 36 kWCPC - 48 m2 - 1999

46

Agenzia per loSviluppo - Trento (IT)

Oficinas, sala de exposicionesAB - 108 kWFPC - 265 m2 - 2004

47

ÖkoparkHartberg Styria (AU)

Oficinas, salón de actosDEC - 30 kWVTC - 12 m2 - 2000

48

Bodega PeitlerLeutschach Styria (AU)

BodegaAB - 10 kWFPC - 100 m2 - 2003

49

CSTBSophia Antipolis (FR)

LaboratoriosAB - 35 kWVTC - 58 m2 - 2003

50

DIRENGuadeloupe (FR)


51

GICBBanyuls (FR)

BodegaAB - 52 kWVTC - 215 m2 - 1991

52

ASDERChambéry (FR)

Salón de actosDEC - 7 kWFPC - 16 m2 - 2004

53

CARTIFValladolid (ES)

Oficinas y laboratorioAB - 35 kWFPC+VTC - 99 m2 - 2002

41Departamento deEducaciónToledo (ES)


28

Fábrica del SolBarcelona (ES)


29

Fundación MetrópoliAlcobendas (ES)


30

Daoiz y VelardePolideportivoMadrid (ES)

PolideportivoAB - 170 kWVTC - 740 m2 - 2003

31

Universidad Rovira iVirgili - Tarragona (ES)


34

Sede central deViessmann - ESPAÑAPinto (ES)

OficinasAB - 105 kWFPC+VTC - 123 m2 - 2001

35

Hotel Belroy PalaceBenidorm (ES)

HotelAB - 125 kWVTC - 345 m2 - 1992

36

Escuela de IngenierosSevilla (ES)

LaboratorioAB - 35 kWFPC - 158 m2 - 2001

37

Universidad Carlos IIILeganés (ES)

LaboratorioAB - 35 kWFPC+VTC - 128 m2 - 2000

38

Biblioteca Pompeu iFabraMataró (ES)

BibliotecaDEC - 55 kWSAC - 105 m2 - 2002

39

GeriátricoFustiñana (ES)

GeriátricoAB - 105 kWVTC - 149 m2 - 2003

33

InditexArteixo (ES)

Oficinas, almacénAB - 170 kWFPC - 1626 m2 - 2003

32

CL IMAT IZAC IÓN SOLAR

17

Aqui se presentan las plantas en operación

en edificios convencionales (fábricas, oficinas,

hoteles,...) detectadas en los países

participantes en el proyecto Climasol.

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*

*

*

*

EDIFICIOOficinas

CAPACIDAD DE REFRIGERACIÓN35 kW

TECNOLOGÍARefrigeración por absorción

TIPO DE COLECTORTubos de vacío, flujo directo

ÁREA BRUTA DE COLECTORES45 m2

FUNCIONANDO DESDE1997

NÚMERO EN EL MAPA: 2

PAÍSAlemania

LUGARLangenau, Estado Federal deBaden Württemberg

En el nuevo edificio de la empresa Ott & Spiess, larefrigeración de un área de oficinas de 415 m2 seconsigue mediante techos fríos y con un sistemade ventilación con un flujo de aire de 2.600 m3/h.Las oficinas se encuentran en la fachada curvasur/suroeste de un edificio de forma que aprove-cha la radiación solar durante el invierno.

El agua fría la suministra una máquina de absorción.El sistema de calefacción/refrigeración instalado seencuentra en un área parcialmente acristalada paraque pueda ser visitado por las personas interesadasen el sistema.

El sistema de colectores térmicos, dotado de undepósito tampón de agua caliente de 2 m3, pro-porciona calor tanto para la máquina de absor-ción en la temporada estival como para la cale-facción durante el invierno. En el caso de que lacaptación solar o la temperatura del depósito seabaja, una planta de cogeneración para producir

calor y electricidad (potencia térmica 19,5 kW,potencia eléctrica 9 kW) suministra calor adicio-nal. Si la demanda de calor aún supera la capaci-dad del sistema solar y la de la planta de cogene-ración, arranca un quemador de gas de 50 kW depotencia térmica.

El agua fría de la máquina de absorción de agua/bromuro de litio se almacena en un depósitotampón de 1 m3 de capacidad. Debido a su apli-cación en techos fríos y al sistema de ventilación,el agua fría se suministra a una temperatura de13ºC. Una torre de refrigeración húmeda se encar-ga de disipar el calor sobrante. En 1999, la efi-ciencia anual (COP: frío útil/calor de acciona-miento) de la máquina de absorción fue de 0,56.Aproximadamente un 9% de la demanda total decalor del edificio para refrigeración y calefacciónprocedió del sistema solar.

Coste total de la inversión: 285.000 e y sintechos fríos y suelo radiante: 176.000 e.

El proyecto contó con la ayuda del MinisterioFederal de Educación de Investigación.

Debido a la limitada potencia de la planta decogeneración, la energía térmica de la unidad noentra en conflicto con las ganancias del sistemasolar. Con este diseño se puede conseguir unagran utilización tanto del sistema solar térmico

como de la planta de cogeneración, evitando lospicos de consumo de electricidad durante elverano. También se prevén ahorros de energíaprimaria y de emisiones asociadas al CO2.

Descripción:

Datos económicos:

Datos energéticos y medioambientales:

Wolfgang Mößle, Ingenieurbüro Ott & Spiess e-mail: [email protected]

Más información: www.raee.org/climasolwww.eve.es

Contacto:

18

Ott & Spiess Langenau

19

Hospital Universitario de Friburgo

EDIFICIOLaboratorios


TECNOLOGÍARefrigeración por adsorción

TIPO DE COLECTORTubos de vacío, flujo directo




PAÍSAlemania

LUGARFriburgo, Estado Federal deBaden Württemberg

El hospital de la Universidad de Friburgo, 'KlinikumFreiburg' gestiona varias instalaciones de labora-torios. En un laboratorio aparte hay instalado unsistema solar de aire acondicionado. El área totalrefrigerada del edificio es de aproximadamente550 m2.

Hay instalados dos sistemas de ventilación decaudal variable (10.550 m2/h y 6.350 m2/h nomi-nales) que emplean intercambiadores de flujocruzado para recuperar el calor en invierno.Durante la época estival, los intercambiadoresenfrían el aire de renovación con el agua fría queproporciona una máquina de adsorción. La tem-peratura de suministro de aire es de 18ºC.

El calor que proporciona el sistema de colectoressolares térmicos se utiliza en verano para alimen-tar la máquina de adsorción, y en invierno para

calentar la renovación de aire. El sistema incorpo-ra un depósito de agua caliente de 6 m3 y undepósito de agua fría de 2 m3. Si no hay suficien-te radiación solar y la temperatura del depósito deagua caliente es baja, el calor lo proporciona eldistrict heating del hospital (red de vapor del hos-pital). Una torre de refrigeración húmeda cerradadisipa el calor del agua que se utiliza en los ciclosde refrigeración del condensador y durante la fasede adsorción.

Tras ajustes en el control de la máquina frigorífi-ca, la evaluación de los datos de seguimiento de2002 muestra valores diarios de eficiencia COP(frío útil/calor de accionamiento) durante variosdías en verano en torno al valor previsto de 0,60.Se consiguió una eficacia neta anual del colectordel 32%.

Coste total de la inversión del sistema: 352.000 _(sin costes de monitorización).

El proyecto contó con la ayuda del MinisterioFederal de Economía y Trabajo y de la empresa

Sulzer Infra. La financiación acumulada fue de262.000 _.

El coste anual de explotación y mantenimientoasciende aproximadamente a 12.000 _.

Con este concepto de sistema utiliza de maneraconstante la red de vapor que existe con lo que seevitan cargas máximas tanto de consumos devapor como de electricidad durante los periodosde máxima carga de refrigeración que coinciden

con las máximas ganancias del sistema de energíasolar. Se prevén ahorros de energía primaria y deemisiones de CO2. En la máquina de adsorciónúnicamente se emplean materiales respetuososcon el medio ambiente.

Descripción:

Datos económicos:


Dipl.-Ing. Hendrik Glaser, University Hospital,Department Energy supply. e-mail: [email protected]


Contacto:

EDIFICIOOficinas refrigeradas 2 salas de reuniones


TECNOLOGÍASistema autónomo solar de refrigeración evaporativacon desecante

TIPO DE COLECTORColector solar de aire de placa plana


FUNCIONANDO DESDE 2001


PAÍSAlemania

LUGARFreiburg, Estado Federal deBaden Württemberg

En la Cámara de Comercio (IHK Südlicher Ober-rhein) de Freiburg, el primer sistema solar autóno-mo de refrigeración evaporativa con desecante deAlemania enfría dos salas de conferencias en vera-no y las precalienta durante el invierno. Las salastienen un área de 65 m2 la pequeña y 148 m2 lagrande. Pueden alojar hasta 120 personas y suvolumen global asciende a 815 m3. Las fachadasestán completamente acristaladas pero cuentancon medios para generar sombra tanto en el inte-rior como en el exterior. El caudal de aire del sis-tema de refrigeración evaporativa con desecantevaría de 2.500 m3/h a 10.200 m3/h. No se ha ins-talado ningún sistema de apoyo en la refrigeracióndado que las necesidades de refrigeración coinci-den bastante bien con la mayor disponibilidad de

energía solar. En invierno, se emplea un sistema decalefacción de apoyo para conseguir la temperatu-ra del aire de renovación necesaria.

Para reducir el coste de los soportes de los colec-tores, éstos se han montado paralelos al tejadocuya inclinación es de 15º. Puesto que se han uti-lizado colectores solares de aire y debido a la grancorrelación entre los aumentos de energía solardisponible y de la carga de refrigeración no se hainstalado almacenamiento de calor.

Debido al funcionamiento autónomo solar enverano, se han producido desviaciones del área deconfort, según se define en la norma DIN 1946,parte 2, dentro rango previsto para cortos perio-dos de tiempo de funcionamiento del sistema.

Descripción:

Carsten Hindenburg, Fraunhofer Institute forSolar Energy Systems (ISE). e-mail: [email protected]


Contacto:

IHK (Cámara de Comercio) Freiburg

Datos económicos: Gracias al ahorro en los soportes de los colectoresde aire solares, el coste específico del colector,incluida la estructura de apoyo, es de 210 _/m2

de área bruta, lo que equivale a un 10% del costetotal de la inversión del sistema (210.000 _).

El coste específico de la unidad de aire acondi-cionado es de aproximadamente 9,50 _/m3 decaudal de aire nominal (sin coste de instalación).El proyecto contó con la ayuda de la CE (NNE5-1999-531).

Datos energéticos y medioambientales:Los ahorros de energía primaria y medioambien-tales se calculan comparando las cifras de consu-mo de electricidad del sistema solar de refrigera-ción evaporativa con desecante con las cifras deconsumo de una unidad de acondicionamiento deaire convencional con suministro de calor eninvierno proporcionado por una caldera a gas, y

una máquina frigorífica de compresión eléctricapara enfriar el aire en verano.

En este cálculo, los ahorros de energía primariaanual ascienden a 30.000 kWh eléctricos y los deemisiones de CO2 a aproximadamente 8.800 kg alaño.

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EDIFICIOAlmacén de productos decosmética de la empresaGr. Sarantis S.A.


TECNOLOGÍARefrigeración por adsorción

TIPO DE COLECTORColectores solares de placa plana selectiva

ÁREA BRUTA DE COLECTORES2.700 m2



PAÍSGrecia

LUGAROinofyta, Viotia

Gr. Sarantis S.A., Viotia

Datos económicos:

El coste total de la inversión ascendió a 1.305.943 _,siendo el 50% financiado por el Programa Nacio-nal para la Energía (del Ministerio griego deDesarrollo).

El proyecto recibió el galardón "Premio Mundial ala Energía 2001" por ser la tercera mejor inversión

mundial de energía sostenible de ese mismo año,así como un reconocimiento del CRES (Centro deRecursos de Energía Renovable) en Grecia por serla mejor inversión de ahorro energético de esepaís en 1999.

Para enfriar el edificio se necesitan al año delorden de 2.700.000 kWh. Los colectores solaressuministran a dos máquinas de adsorción aguacaliente a una temperatura de entre 70 y 75ºC, ytrabajando con un rendimiento del 60%. Ambasmáquinas de adsorción utilizan el agua calientesolar como fuente de energía y producen agua fríaa una temperatura de 8-10ºC. Las máquinas deadsorción carecen de piezas móviles y utilizanniveles mínimos de electricidad para hacer fun-cionar las bombas de vacío (1,5 kW). La potenciaútil de cada máquina es de 350 kW (700 kW entotal). Para cubrir los máximos de demanda se haninstalado tres máquinas frigoríficas convencio-nales de 350 kW cada una. En invierno, los colec-tores solares a menudo producen agua caliente auna temperatura aproximada de 55ºC que circula

directamente por los fancoils que hay en el edifi-cio. Unas calderas sustituyen al campo de colec-tores durante los días nublados. El agua fría(durante el verano) y el agua caliente (en invier-no) se dirige a las unidades de acondicionamien-to de aire locales donde enfrían o calientan el aireambiental si es necesario.

Resultados técnicos:Periodo evaluado: 12 mesesProducción de energía solar: 1.719.000 kWhRefrigeración: 1.090.000 kWhCalefacción: 629.000 kWhCarga total de energía convencional: 614.000 kWhCobertura solar: 66%Reducción de CO2: 5.124.596 kg/año


Descripción:El proyecto se denomina "PHOTONIO" y está rela-cionado con la instalación de un sistema de aireacondicionado centralizado que utiliza energíasolar para calentar y enfriar los nuevos edificios yalmacenes de la empresa de productos cosméticosSarantis, S.A.

El espacio climatizado tiene un área de 22.000 m2

(130.000 m3) y lo que se hizo fue instalar uncampo de colectores de placa plana selectiva de2.700 m2 fabricado en Grecia por la empresaSOLE, S.A.

GR. SARANTIS, S.A. (Propietario del edificio)Atenas, Greciae-mail: [email protected] Website: www.sarantis.gr

SOLE S.A. (diseño, suministro e instalación)Acharnes, Greciae-mail: [email protected]: www.sole.grMás información: www.raee.org/climasol

www.eve.es

Contacto:

Hotel "Rethimno Village", Creta

EDIFICIOHotel


TECNOLOGÍARefrigeración por absorción

TIPO DE COLECTORColectores solares de placaplana - superficie selectiva




PAÍSGrecia

LUGARCreta, Rethimno

El hotel "Rethimno Village" se encuentra enRethimno Crete, en el Sur de Grecia. Aloja princi-palmente a turistas, dispone de 170 camas y unatasa de ocupación del 100% en verano y del 45%en invierno. La instalación utiliza colectores de placa plana(superficies selectiva, 448 m2) para climatización

(refrigeración y calefacción). El hotel también estádotado de colectores de polipropileno (199 m2)para calentamiento de la piscina. El diseño, sumi-nistro y la instalación del sistema es obra de SOLES.A.Área total climatizada: 3.000 m2

Coste total de la inversión: 264.123 _El proyecto fue financiado hasta un 50% por elPrograma Nacional para la Energía (del Ministeriode Desarrollo griego)

En el año 2000, el proyecto fue galardonado porel CRES (Centro de Recursos de Energía Reno-vable) de Grecia como mejor inversión de ahorrode energía del país.

Los colectores solares suministran agua caliente auna temperatura de 70-75ºC a una máquina deabsorción que funciona con una eficiencia del60%. La máquina de absorción utiliza el aguacaliente como fuente de energía y produce aguafría a una temperatura de entre 8 y 10ºC. Tambiénse utiliza agua como refrigerante (en lugar defreón o amoniaco). La máquina de absorción tiene un consumo míni-mo de electricidad para que funcione la bomba devacío (0,5 kW).

La potencia útil es de 105 kW. Una caldera a gasde 600 kW sustituye el campo de los colectores en

días nublados o si se requiere aire acondicionadodurante la noche. En invierno, los colectoressolares producen agua caliente a 55ºC que circu-la directamente por los fancoils que hay en el edi-ficio. El agua fría (en verano) y el agua caliente(en invierno) es dirigida a las unidades de acondi-cionamiento de aire locales donde enfrían ocalientan el aire ambiental.

Resultados anuales Energía solar: 650.743 KWh, carga total deenergía: 1.498.247 KWh, cobertura solar: 43%,ahorro por energía solar: 650.743 kWh/año Reducción de CO2: 1.094.972 kg/año

Descripción:

Datos económicos:


KOUTROULIS BROS S.A. (Propietario) Rethimno, Crete - Grecia Tel.: 28310 25523/22693Más información: www.raee.org/climasol

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SOLE S.A. (diseño, suministro, instalación)Acharnes, Greciae-mail: [email protected] / Website: www.sole.gr

Contacto:

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Edificio Fundacional de Inditex Arteixo – A Coruña

EDIFICIOOficinas y almacén


TECNOLOGÍARefrigerador de absorción (LiBr-H2O)

TIPO DE COLECTORColectores solares de placaplana - superficie selectiva

ÁREA BRUTA DEL COLECTOR1.626 m2



PAÍSEspaña

LUGARArteixo – A Coruña

El edificio donde se ubican los colectores solarestérmicos se trata del Edificio Fundacional de Indi-tex. Este edificio está dedicado principalmente aoficinas y parte de almacén. El edificio está com-puesta por 2 plantas de 10.000 m2 cada una. Laplanta superior se utiliza para diseño de todo loreferente a Zara (ropa y complementos) y es com-pletamente diáfana, con una altura de 4,10metros, climatizada con tres climatizadores a cua-tro tubos, controladas por sondas de temperaturaambiente y a una temperatura constante de 23ºC.

La planta baja está mas dividida, con lo cual secombinan climatizadores con fancoils y tambiéntiene instalación a cuatro tubos, para que cadacual regule la temperatura según sus necesidades;el horario de funcionamiento es de 8 a 22 y delunes a viernes con una ocupación media de 500personas en las dos plantas.

El sistema inicialmente tenía dos bombas de calory una enfriadora (eléctricas) para garantizardurante todo el año agua caliente a 55ºC y aguafría a 7ºC, con un retorno de 45ºC y 12ºC.

Con la instalación solar se acumula agua calienteen dos tanques de 30.000 litros cada uno. Cuan-do se tiene más de 55ºC en los tanques, el controlda la orden al sistema solar para que envíe aguaal colector de agua caliente existente, con lo cuallas bombas de calor no arrancan. En verano comola demanda de calor es pequeña en el momentoque los tanques superan los 80ºC se envía el aguade retorno del sistema existente a la máquina deabsorción y una vez enfriada se introduce alcolector de agua fría, con lo cual la enfriadoraeléctrica trabaja menos.

Coste total de la inversión: 900.000 _Subvencionado por la Consellería de Industria y

Comercio de la Xunta de Galicia (100.000 _) y porel IDAE (300.000 _).

Mediante la instalación solar se ahorra un totalde 565.060 kWh al año, lo que supone el 15% dela energía total consumida en el edificio, con una

reducción en consecuencia de 282 t de CO2 yotros gases contaminantes.

Descripción:

Datos económicos:


www.inditex.comMás información: www.raee.org/climasol

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Contacto:

EDIFICIOOficinas


TECNOLOGÍAUnidad de refrigeraciónevaporativa con desecante y bomba de calor

TIPO DE COLECTORColector de parábola compuesta(CPC)

ÁREA BRUTA DECOLECTORES48 m2



PAÍSPortugal

LUGARLisboa

Ineti,Lisboa

Datos económicos: El sistema se ha desarrollado en el marco de unproyecto europeo que se utilizará en una aplica-ción real pero con fines de demostración. Por estemotivo se ha adquirido con un conjunto comple-to de sensores con capacidad de control, segui-

miento y demostración, lo que lo convierte en unsistema muy costoso. El coste de reproducción deeste sistema, tal cual está, es decir, campo solar,unidad de manipulación de aire, reserva y siste-mas de control y seguimiento, ronda los 75.000_

Datos energéticos y medioambientales: Este apartado está directamente relacionado conahorros de energía derivados de la contribuciónsolar, que es, en la configuración actual, un valormuy bajo.

El sistema ha estado funcionando según la confi-guración de diseño inicial que incorpora, como yase ha dicho, una bomba de calor para proporcio-nar refrigeración en verano. El tamaño de los

conductos de distribución limitó la tasa de caudaly obligó a reducir su temperatura (imponiendo labomba de calor) para cubrir las necesidades derefrigeración. Sea como fuere, el condensadorproporciona todo el calor necesario para regene-rar el material del deshumidificador rotativo,haciendo que la contribución solar sea superfluamuchas veces en verano.

Descripción:Se trata del edificio del Departamento de EnergíasRenovables de INETI donde se llevan a cabo acti-vidades de investigación aplicada en los camposoceanográfico, eólico, biomasa, fotovoltaico ysolar térmico. Aloja laboratorios mecánicos y quí-micos, así como oficinas para el personal.

Las 12 oficinas de la primera planta están clima-tizadas exclusivamente con un sistema de refrige-ración evaporativa con desecante que incorporauna bomba de calor y 24 colectores solares CPC(área bruta de 48 m2, área de abertura de 46 m2)situados en la cubierta plana del edificio.

Las ventanas de las oficinas representan el 70%del área de pared en contacto con el exterior yestán orientadas al sudoeste (28º Oeste), lo quesignifica que se produce un pico de refrigeracióndurante las últimas horas de la tarde.

El tamaño limitado del sistema de distribución deaire obligó a incorporar una bomba de calor en eldiseño.

El clima es mediterráneo. El sistema ha sidodiseñado para las siguientes condiciones: el cau-dal de aire máximo es de 5.000 m3/h (sólo aireexterior), con una temperatura en verano (aireexterior) de 32ºC, humedad relativa de 40,4 % yhumedad absoluta de 12 gr/kg. En las estancias,las condiciones de confort son: temperatura de24ºC y humedad relativa del 50%.

Los usuarios de las oficinas han aceptado de buengrado el sistema porque el confort ha tenidosiempre la máxima prioridad. Por lo tanto, elgrado de satisfacción es elevado.

Contacto:João A. Farinha Mendes DER/INETI - Lisboa e-mail: [email protected]ás información: www.raee.org/climasol

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Agenzia per lo Sviluppo Pergine Trento

EDIFICIOCentro de Innovación deNegocios


TECNOLOGÍARefrigeración por absorción; (LiBr - H2O)simple efecto

TIPO DE COLECTORColector de placa planacon cobertura selectiva




PAÍSItalia

LUGARPergine Valsugana-Trento

El edificio se encuentra en el área artesanal eindustrial en desarrollo del Municipio de Pergine,a 11 km de Trento. El edificio de oficinas de dosplantas de reciente construcción de 9.814,5 m3

está próximo a unos almacenes que se han reno-vado recientemente. En el edificio se ha instala-do un equipo de climatización, además de unsistema contra incendios de agua y agua calien-te sanitaria (ACS).

El colector solar (30º - sur) produce en inviernoACS a 45ºC, mientras que en verano puede produ-cir ACS a 90ºC. Las cargas térmicas nominales eninvierno son del orden de 230 kW y se ha adecua-do el sistema de district heating para dicha capa-cidad. Mientras que en invierno la suma de lascargas térmicas de cada espacio corresponde a lacarga total del edificio, en verano, como es sabi-do, las cargas globales son inferiores a la sumaalgebraica (cada espacio se calcula durante suhora más crítica según su exposición al sol pero el

edificio en general tendrá una única hora críticaque no se corresponde necesariamente a la cargatérmica máxima de todos los espacios).

Por consiguiente, la suma de las cargas en verano(sin incluir la recuperación de calor térmico) es de188 kW, con una carga simultánea máxima de170 kW. En estas condiciones, los colectoressolares suministran 145 kW. El absorbedor puedeproducir 108 kW. Cuando el cielo está nublado, lacarga térmica (en ausencia de radiación solar)desciende de 170 kW a 120 kW.

En tales casos entra en funcionamiento la máqui-na de refrigeración por compresión para cubriresta demanda. En verano, las condiciones nomi-nales del equipo de refrigeración por absorción ycompresión proporcionan, respectivamente, 108 kWy 120 kW, para un total de 228 kW, con un mar-gen de 58 kW (34%) para la carga máxima (cal-culado el 20 de julio a 32ºC).

Inversión total: 540.000 _ La provincia de Trento (Italia) cofinanció el 32%de los costes totales de la planta.

Ahorro de energía primaria en invierno = 258.000 MJAhorro de energía primaria en verano = 176.000 MJLa instalación solar ahorrará un total de 434.000 MJ ó 120.556 kWh por año, con unareducción consiguiente de emisiones de 28 t deCO2 y otros gases contaminantes.

El sistema ha sido diseñado para generar el 70%de la refrigeración que necesita el edificio, utili-zando solamente los colectores solares durantelos meses estivales de mayor radiación. El 30%restante lo proporcionará un sistema eléctrica decompresión instalado en paralelo al sistema deabsorción.

Descripción:

Datos económicos:


Contacto:Más información: www.raee.org/climasol

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Edificio de investigación"Ökopark Hartberg"

EDIFICIOCentro de investigación

TECNOLOGÍARefrigeración evaporativacon desecante


TIPO DE COLECTORColector de tubos de vacío




PAÍSAustria

LUGARHartberg, en Styria

El centro de investigación Ökopark Hartberg es laprimera planta piloto con sistema de refrigeraciónevaporativa con desecante con fuente de energíarenovable que se instaló para hacer una demos-tración de este tipo de tecnología en Austria.

El edificio se utiliza para seminarios y conferen-cias, pero también cuenta con una infraestructurade oficinas. Está distribuido en dos plantas (deunos 140 m2 cada una) con una fachada acristala-da orientada al Sur (en la planta inferior hay 11colectores de tubos de vacío).

La experiencia del verano del 2001 demostró queel aire acondicionado adiabático (simplemente

enfriamiento evaporativo) es suficiente paracubrir las necesidades un 50-70% de los díasestivales y que sólo en días de mayor humedadse necesita aire acondicionado basado en sor-ción (deshumidificar antes del enfriamiento eva-porativo). El calor de la refrigeración con dese-cante lo producen colectores solares de 12 m2 yuna caldera de "pellets" de biomasa que sirve desistema de apoyo. Hay un depósito de almacena-miento de agua caliente de 2.000 litros para lasnecesidades de refrigeración y calefacción.

Inversión total sin incluir IVA: 105.000 _, finan-ciación: 60 %El proyecto fue financiado por el Gobierno de Sty-

ria y Ökoplan GmbH de Hartberg. El JoanneumResearch de Graz se encarga de gestionar elproyecto y de la planificación.

COP anual: 0,6 (carga de refrigeración anual/calorde regeneración anual), COP en modo adiabático:3 – 5; caudal de aire de suministro: 6.000 m3/h;carga de refrigeración total: 20 kW (seco: 17.130W, húmedo: 3.320 W); carga de calefacción total:24 kW; máxima capacidad de refrigeración delsistema DEC: 30.400 W; máxima capacidad derefrigeración en el edificio: 21.800 W.

En cuanto al medio ambiente, el uso de calor solary calor procedente de la biomasa está reduciendolas emisiones de CO2 que se provocarían con com-bustibles fósiles. El consumo de energía necesariopara los ventiladores y el deshumidificador rotati-vo contribuye en escasa medida al calentamientoglobal.

Descripción:

Datos económicos:



Contact :

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EDIFICIOBodega

TECNOLOGÍARefrigeración por absorción (LiBr)


TIPO DE COLECTORColector de tubos de vacío




PAÍSFrancia

LUGARBanyuls/Mer

GICB (bodega) Banyuls/Mer

Datos económicos:

La instalación realizada en 1991 costó 294.000 _sin incluir impuestos, lo que representa un sobrecos-te de cerca de 150.000 _ en comparación con un

sistema de compresión tradicional. La inversión permite ahorrar al año cerca del 40% del consumode energía de la bodega.

Datos energéticos y medioambientales:Datos de las condiciones reales de trabajo de junioa septiembre:– Promedio de energía extraída del circuito prima-

rio = 298 kWh/día– Promedio de energía extraída del circuito gene-

rador = 256 kWh/día– Promedio de energía del evaporador =

145 kWh/día– COP de la máquina de absorción = 0,57El sistema, que utiliza energía gratuita, contribuyedoblemente a proteger el medio ambiente:– al no manipular CFC ni HCFC. Estos fluidos de

refrigeración se emplean en los sistemas de

refrigeración tradicionales y probablemente ayu-dan a aumentar el efecto invernadero y la des-trucción de la capa de ozono;

– al no producirse CO2, que también provoca elaumento del efecto invernadero.

Este tipo de máquina de absorción es, además, unamáquina totalmente silenciosa (porque no tienepiezas móviles) y, gracias a ello, su vida útil esmucho mayor que la de las máquinas frigoríficaseléctricas convencionales (que trabajan con com-presores).

[email protected] Más información: www.raee.org/climasolwww.eve.es

Contacto:

Descripción :En 1989, la Asociación de Viticultores de Banyuls(G.I.C.B) construyó una bodega para envejecer elvino en botellas. La bodega tiene una superficieútil total de 3.500 m2 y un volumen de 15.000 m3

dispuesto en tres niveles (dos semienterrados). Lacapacidad de almacenamiento es de casi 3 millo-nes de botellas. Los gestores de la bodega quisie-ron instalar un sistema de refrigeración solar por-que pensaron que se adaptaría bien tanto a lademanda de refrigeración como a sus intencionesde respetar el medio ambiente.El sistema de refrigeración consta de: – 130 m2 de colectores de tubos de vacío (área

útil) Cortec Giordano en el tejado, orientados alsur/suroeste;

– una sala de máquinas ubicada en el nivel 2 yque aloja:

• un depósito tampón de 1.000 litros;• un máquina frigorífica de absorción indirec-

ta de simple efecto de tipo YAZAKI WFC 15,con una potencia de refrigeración nominalde 52 kW;

• varias bombas de circulación para los distin-tos bucles y un cuadro de gestión eléctrica;

• una torre de refrigeración abierta con unapotencia nominal de 180 kW, instalada en lacara norte;

– tres unidades de acondicionamiento de aire(una por nivel) que disponen de filtro, intercambiador de frío para el agua fría (+ unintercambiador de calor para el de la plantainferior) y un ventilador centrífugo con un cau-dal de 25.000 m3/h

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GEST IONANDO UN PROYECTO

Los sistemas de aire acondicionado solares son un tecnología nueva y en crecimiento en comparación con otros

campos de aplicación de la energía solar. Su novedad se refleja en el hecho de que la mayoría de los proyectos

realizados hoy son de tipo demostración, por lo que aún resta por desarrollar mucho más trabajo de diseño y pla-

nificación en sus respectivas fases de aplicación. Las soluciones técnicas posibles son varias, dependen del tipo

y uso que se le dé al edificio, de las condiciones circundantes como, por ejemplo, la infraestructura técnica que

pueda haber, y de otras condiciones como las climáticas. Este capítulo presenta un plan de decisiones para las

distintas tecnologías de aire acondicionado solar, reglas básicas de diseño y dimensionamiento, y buenas razones

para comenzar un proyecto por medio de un estudio serio de viabilidad.

5

En la siguiente ilustración se muestra un esquema de toma de decisiones simplificado para tecnologías de aire acondicionado aplicable con sistemassolares térmicos.

5.1 - Seleccionar la tecnología

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Cálculo de la carga de refrigeración (parámetros del edificio, p.ej., materiales, geometría, orientación; cargas internas,

condiciones metereológicas)Carga de refrigeración, incluyendo la

renovación de aire necesaria

Sistema de agua fría

¿Es factible y aconsejable la instalación de una unidad central de acondicionamiento de aire?

¿El aire de renovación es capaz de cubrir la demanda de refrigeración?

sí

sí

sí

sí

no

no

Moderado y extremo

Moderado y extremo

Moderado Extremo

Moderado Extremo

Edificio: Medio de distribución: Tecnología:

Figura 17DEC = desiccant cooling (refrigeración evaporativa con desecante ); AHU = air handling unit (unidad de acondicionamiento de aire).

no

no

¿La tipología del edificio es adecuada para dispo-ner un sistema de extracción del aire de ventila-

ción (es el edificio suficientemente estanco)?

¿La tipología del edificio es adecuada para disponer un sistema de extracción del aire de ventilación

(es el edificio suficientemente estanco)?

Sistema de aire primario (ventilación higiénica mínima)

+ sistema de agua fría

Clima

Clima

Clima

Clima

Máquina frigorífica térmica, red de agua fría 7°C – 12°C

Unidad convencional de acondicionamiento de aire, máquina frigorífica térmica, red de agua fría 7°C – 12°C

Sistema evaporativo con desecante , configuración

estándar; máquina frigoríficatérmica, red de agua fría

12°C – 18°C

Sistema evaporativo con desecante,configuración especial, máquina

frigorífica térmica, red de agua fría12°C – 18°C

Sistema evaporativo con desecante,

configuración estándar

Sistema evaporativo con desecante, configuración especial.

Unidad convencional de acondicionamiento de aire,máquina frigorífica térmica

7°C – 12°C

Unidad convencional de acondicionamiento de aire,máquina frigorífica térmica,red de agua fría 7°C – 12°C

Sistema de aire primario (ventilación higiénica mínima+sistema de extracción) + sistema de agua fría

Sistema todo aire (ventilación higiénica mínima+sistema de extracción)

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Una asunción básica es la necesidad de controlar tanto la temperaturacomo la humedad del interior del recinto. Por último, cada decisión desem-boca en una solución que incluye la utilización de energía térmica solarpara acondicionar el aire de los espacios cerrados. El punto de partidasiempre es calcular las cargas de refrigeración basadas en el caso de diseño.En función de las cargas de refrigeración, y también según el deseo de losusuarios o propietarios, se puede aplicar un sistema de todo aire puro, deagua o uno híbrido aire/agua para extraer el calor y la humedad del edifi-cio. La decisión técnica básica es si el cambio de aire higiénico es o no sufi-ciente para abarcar también las cargas de refrigeración (sensible + laten-te). Éste será el caso habitual en estancias o edificios con altas tasas deventilación, por ejemplo, las salas de conferencias.

Ahora bien, aplicar un sistema de aire de suministro/retorno sólo tiene sen-tido en un edificio relativamente estrecho dado que, de no ser así, las fugasa través de la envolvente del edificio serían elevadas. En los sistemas de airecon aire de renovación más extracción mecánica se pueden aplicar ambastecnologías térmicas: sistemas evaporativos con desecante y máquinas fri-goríficas térmicas. En los demás casos, para emplear energía térmica solarcomo fuente de energía, sólo se pueden utilizar máquinas frigoríficas tér-micas. La temperatura mínima necesaria del agua fría la determina elhecho de si la deshumidificación del aire se realiza por medio de una téc-nica convencional, es decir, enfriar el aire por debajo del punto de rocío, osi se hace mediante un proceso con desecante . En el último caso, la tem-peratura del agua fría, si se necesita, puede ser mayor dado que sólo ha de

cubrir cargas sensibles. La aplicación del sistema evaporativo con desecan-te en climas extremos, es decir, en condiciones climáticas con altos valoresde humedad del aire ambiental, requiere configuraciones especiales delciclo desecante .

Algunos de los aspectos de diseño que no se pueden contemplar en estapresentación son:

la necesidad de contar con un sistema de refuerzo para producir frío opara permitir un funcionamiento autónomo solar del sistema solar deaire acondicionado;la flexibilidad de las condiciones de confort, p.ej., para posibilitar cier-tas desviaciones de los estados de aire deseados;las cuestiones económicas;la disponibilidad de agua para humidificar el aire de suministro o lastorres de refrigeración;hábitos de confort: el coste de inversión de los fan coils es más bajo perosólo permiten deshumidificar cuando se conectan a un sistema depurga; los techos enfriados y otros sistemas de enfriamiento por grave-dad exigen elevados costes de inversión pero proporcionan mayorconfort.

No se indica aquí qué tipo de tecnología térmica se aplica. Si se requiere unsistema evaporativo con desecante con una máquina frigorífica adicionalpara cubrir cargas pico, éste podrá ser, por cuestiones económicas, de com-presión eléctrica.

A partir de consideraciones básicas y de las experiencias obtenidas en losproyectos de demostración, se han extraído una serie de "reglas" funda-mentales para diseñar y dimensionar los sistemas solares de aire acondi-cionado:

Un sistema de refrigeración térmico con un COPtérmico (eficiencia delsistema térmico) y una fuente de calor de combustible fósil comoapoyo necesita una fracción solar alta para conseguir importantesahorros de energía primaria. Lo debe garantizar un adecuado diseñodel sistema, por ejemplo, un área de campo solar suficientementegrande, lugares de almacenamiento amplios y otras medidas de cara asacar el máximo partido al empleo del calor solar.Alternativamente, también se puede emplear como sistema de apoyouna máquina frigorífica convencional. En este caso, cada unidad defrío que proporciona la máquina frigorífica térmica solar reduce el fríoque vaya a suministrar la unidad convencional. Semejante diseño dapie a ciertos ahorros de energía primaria incluso con valores bajos defracción solar. En este caso, el sistema solar sirve principalmente parareducir el consumo de energía eléctrica.Cuando se aplica un apoyo de calor que utiliza combustibles, cualquiersustitución de combustibles fósiles por combustibles procedentes defuentes renovables reducirá el consumo de energía primaria del siste-ma térmico.Los sistemas autónomos térmicos no requieren ninguna otra fuente defrío y, por tanto, siempre trabajan al límite con una fracción solar del100%.Los sistemas con una máquina frigorífica térmica con elevado COPtérmico

se pueden diseñar con una fracción solar incluso menor aunque seaplique una fuente de apoyo de calor de combustible fósil. La razón esque el calor del quemador de combustible fósil también se convierte aun COPtérmico competitivo frente a un sistema convencional desde unpunto de vista de la energía primaria. En cualquiera de los casos, debería maximizarse el empleo del colec-tor solar suministrando calor también a otras cargas, como al siste-ma de calefacción, al de producción de agua caliente, o a ambos.

Se pueden encontrar recomendaciones adicionales sobre el diseño de sis-temas solares de aire acondicionado en la guía para planificadores, ins-taladores y demás profesionales del proyecto SACE de la UE, Solar AirConditioning in Europe (http://www.ocp.tudelft.nl/ev/res/sace.htm).

5.2 - Reglas básicas de diseño y dimensionamiento

Figura 18Integración de colectores solares en la cubierta del DIREN - Guadalupe - Francia

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La elección de un diseño de sistema y de una tecnología de aire acondi-cionado adecuada requiere algo más que considerar solamente puntos defuncionamiento nominales, ya que la fluctuación de las ganancias deenergía solar provoca que, en muchas ocasiones, los componentes del sis-tema funcionen en condiciones de carga parcial.

Es más, las condiciones de funcionamiento, así como las propiedades deproceso de las nuevas aplicaciones como las máquinas de absorción o delos completos sistemas de refrigeración evaporativa con desecante, noson por el momento totalmente conocidos por la mayoría de los proyec-tistas e instaladores. Hasta la fecha es difícil encontrar en el mercado unsoftware fácil de usar que permita seleccionar de forma sencilla y rápidael diseño más prometedor del sistema y la mejor tecnología de aire acon-dicionado solar.

Por este motivo se recomienda realizar al comienzo de la fase de planifi-cación un estudio de viabilidad, dirigido por una oficina de ingenieríaexperimentada. En un estudio de viabilidad se puede analizar lo siguiente:

determinar las cargas de refrigeración y calefacción, y preparar las seriesde tiempo de las cargas (p.ej. mediante la simulación del edificio);

seleccionar el diseño del sistema y la tecnología de aire acondiciona-do solar más prometedora;dimensionar previamente los componentes, p.ej., dimensión del campode colectores solares y de los almacenamientos de calor/frío; analizar distintas estrategias de control y su efecto en el rendimientodel sistema;calcular los valores de capacidad y eficiencia del sistema, como el coe-ficiente de rendimiento del sistema de refrigeración, la fracción solarque supone el que el sistema térmico solar cubra las cargas, el rendi-miento neto de los colectores, etc.;calcular las cifras de consumo (electricidad, agua, gas);calcular las cifras económicas clave y los ahorros de energía primaria.

Qué secciones de las enumeradas debe investigar el estudio de viabilidaddepende de cada proyecto y del nivel de detalle de la información reque-rida y disponible. Sea como fuere, los resultados de un estudio como elcitado pueden servir para comprender mejor el potencial de la tecnologíade aire acondicionado solar.

5.3 - ¿Por qué realizar un estudio de viabilidad?

En cuanto a las características de los cerramientos del edificio o local aclimatizar, es decir, paredes, techos, suelos, cristales, etc., éste debe cum-plir con las exigencias mínimas que se describen en la Normativa Básicade la Edificación sobre Condiciones Térmicas, NBE-CT-79. Esta normativaes del año 1979.

En cuanto a las instalaciones de climatización, éstas deben cumplir conlas exigencias mínimas descritas en el Reglamento de Instalaciones en losEdificios, RITE. Esta normativa es del año 1998, y ha sido modificada enel año 2003. En éste documento se hace referencia a las siguientes nor-mas UNE, que pueden afectar a una instalación de climatización conaporte solar de energía:

UNE 86-609-85: Maquinaria frigorífica de compresión mecánica.Fraccionamiento de potencia.UNE 94-101-86: Colectores solares térmico. Definiciones y caracterí-ticas generales.

UNE 100-001-85: Climatización. Condiciones climáticas para proyectos.UNE 100-011-91: Climatización. La ventilación para una calidad acep-table del aire en la climatización de los locales.UNE 100-014-84: Bases para el proyecto. Condiciones exteriores de cálculo.UNE 100-030-94: Climatización. Guía para la prevención de la legio-nela en instalaciones.

Respecto a esta última norma, se publicó el Real Decreto 865/2003, Condi-ciones higiénico-sanitarias para la prevención y control de la legionelosis, enel que se describen las acciones a desarrollar para evitar la proliferación dela legionelosis en instalaciones de climatización.

A la hora de la edición de esta guía está próxima la publicación del CódigoTécnico de la Edificación, una nueva normativa que modificará alguna de lasanteriormente mencionadas.

5.4 - Reglamentación básica española sobre climatización

Bibliografía:

- Natural and Low Energy Cooling in Buildings,CRES, Programa Thermie, Comisión Europea, Dirección General XVII (Energía), 1994

- Design tools for low energy buildings, Technology selection and early design guidance,Nick Barnard y Denice Jounzens, ECBCS, International Energy Agency, 2001

- Heating, Ventilating, and Air Conditioning Systems and Equipment,ASHRAE Manual, ISBN 0-910110-87-5, Ed.: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc. Atlanta, 1992

- Solar-Assisted Air Conditioning in Buildings – A Handbook for Planners,ISBN 3-211-00647-8, Springer Wien / New York; Ed: Hans-Martin Henning, publicado en elmarco de la Task 25 del Programa de calefacción y climatización solar de la Agencia Internacionalde la Energía (IEA), 2004

- Solar Thermal Systems, ISBN 3-934595-24-3, Solarpraxis Berlin, Ed: Dr.Felix A. Peuser, Karl-Heinz Remmers, Martin Schmauss, 2002

- Solar Cooling Technologies in Greece,T. Tsoutsos, J. Anagnostou, C. Pritchard, M. Karagiorgas, D. Agoris, Energía Térmica Aplicada, 23, pp 1427-1439, 2003

Páginas Web:

– http://www.eve.es: Ente Vasco de la Energía– http://www.iea-shc-task25.org/: Programa de calefacción y climatización solar de la

Agencia Internacional de la Energía (IEA): task 25 - Refrigeración solar de edificios- http://www.ocp.tudelft.nl/ev/res/sace.htm: Proyecto Europeo SACE - Aire aconcionado solar en Europa- http://www.raee.org/climasol : Proyecto Europeo Climasol: Promoción de las tecnologías de

refrigeración solar- http://www.tecsol.fr/RafrSol/index.htm

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