Reducción Del Consumo Energético y Emisiones de Anhídrido Carbónico

7/17/2019 Reduccin Del Consumo Energtico y Emisiones de Anhdrido Carbnico

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REDUCCIN DEL CONSUMO ENERGTICO Y EMISIONES DE ANHDRIDOCARBNICO (CO2) EN EDIFICIOS COMBINANDO ENFRIAMIENTO

EVAPORATIVO, ENFRIAMIENTO GRATUITO Y RECUPERACIN DE ENERGAEN SISTEMAS TODO AIRE

OBJETIVOS LA INVESTIGACIN

El objetivo del proyecto es de la reduccin del consumo energtico en laclimatizacin de los edificios, para ello propone diferentes tecnologas de trabajolas cuales son:

Enfriamiento evaporativo indirecto, mediante intercambiadores de plstico.Particularmente se usar policarbonato, y se abordarn dos tama os desuperficie de intercambio.

Enfriamiento evaporativo directo, mediante pulverizacin de agua y

evaporacin desde superficie !"meda #relleno rgido$, por ser las dostecnologas ms e%tendidas. Enfriamiento gratuito o free&cooling por agua, contemplando la posibilidad

de recuperacin de energa. 'ecuperacin de energa, mediante dos bateras con bomba para mayor

versatilidad en la instalacin de aire.

En base a estas tecnologas se dise an sistemas en base al confort buscado.(obre este dise o, se proceder a realizar el estudio de cada alternativa seg"n lospasos enumerados a continuacin

)onstruccin o ad*uisicin del e*uipo comercial adecuado a lascondiciones de dise o, seg"n el caso. Planteamiento de las condiciones de ensayo apropiadas para la

caracterizacin e%perimental, utilizando la tcnica de +ise o deE%perimentos.

)onsecucin del procedimiento e%perimental de caracterizacin y registrode datos.

Estudio de los resultados e%perimentales, y determinacin de los patronesde comportamiento a travs de la definicin de ciertos parmetros deinters.

)omprobacin de la repercusin, en dic!os parmetros de funcionamiento,de los distintos factores ensayados, mediante un anlisis de varianza

- / .

0inalmente en base a los resultados se presenta un caso prctico de aplicacin.


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CONTENIDO

PARTE I INTRODUCCIN!) P1234 5: P' 64E7825) E-E'9 25) E- 4 )457 25; )5? y un @>? del consumo de energa final en Europa,dependiendo de la climatologaA y por otro a *ue se estima *ue un =>? de dic!o

consumo podra a!orrarse4a demanda de energa en los edificios residenciales deriva de una ampliavariedad de usos y servicios, como la provisin de agua caliente sanitaria # )($,climatizacin #sistemas B/ )$, refrigeracin, iluminacin, cocina, etc. En lo *ueconcierne a los e*uipos de climatizacin, incluyendo tanto calefaccin comoventilacin y acondicionamiento de aire, comprenden el mayor consumoenergtico.


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) P5234 55: ) 45+ + +E4 )457 5-2E'5 '.

E%iste un inters adicional en el mantenimiento de unos niveles satisfactorios de lacalidad del ambiente interior: la productividad de las personas en sus lugares detrabajo o estudio. (e !a comprobado *ue este efecto, el cual comienza a ser tenido en cuenta ms recientemente, puede llegar a tener un peso relevante en loscostes asociados al personal, ya *ue no slo su bienestar puede suponer unaumento de un C? en su productividad, sino *ue tambin se reducen los costesdebidos a afecciones de su salud o a da os y averas en los e*uipos manipuladospor ellos.

-o obstante, los consumos energticos no van a verse afectados slo por losniveles de calidad buscados en el espacio interior, sino tambin por las accionesllevadas a cabo por sus ocupantes para controlar dic!os niveles, su actividad y!orarios desarrollados en esos locales, y la operacin de los sistemas declimatizacin. 3n adecuado estudio o auditora realizada sobre el comportamientodel edificio permite caracterizar detalladamente los consumos energticos,adems de proporcionar asesoramiento sobre alternativas de mejora .

) P1234 555: E(2 + )23 4 +E 4 ( 2E)- 4 91 ( +E E(23+5 .

(e !a visto *ue e%isten m"ltiples recursos para reducir el consumo energticodestinado a la climatizacin de edificios, de entre los cuales se abordan en estatrabajo de 2esis +octoral varias alternativas orientadas al aprovec!amiento defuentes gratuitas para el acondicionamiento de aire en verano, como son el


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enfriamiento evaporativo y el enfriamiento gratuito #o free cooling$A as como a larecuperacin de la energa residual del aire de e%pulsin de los locales derivadode los re*uerimientos de ventilacin. 4a adecuada aplicacin de estas tresalternativas va a permitir, en su combinacin u operacin de forma individualizadaseg"n las condiciones particulares de trabajo en perodo estival, disminuir la

demanda energtica re*uerida por los sistemas convencionales para adecuar elambiente interior a los parmetros de confort deseados, pudindose incluso llegar a anular en ciertos casos. Procedemos a introducir las tecnologas utilizadas en laadecuacin de los locales:

S"#$%&' % *& ' % +' *- ire D ire ire D gua gua D ire gua D gua 2ierra D gua 2ierra D ire 2ierra & 2ierra

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E./-"'&"%.$* -'$3"$* (F-%%4C** ". )


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R%+31%-' *- % %.%- 5'

'ecuperador rotativo 'ecuperador de dos batera con bomba 'ecuperadores evaporativos 'ecuperadores con tubo de calor 6omba de calor como recuperador

PARTE II CARACTERI6ACIN E7PERIMENTAL DE LOS SISTEMAS

) P1234 5/: +5(P (525/ E PE'57E-2 4.

En este captulo se presentan y describen algunos de los dispositivos comunesnecesarios para toda caracterizacin.

U." ' % $-'$'&"%.$* % '"-%(UTA)

Proporciona los caudales de aire de ventilacin re*ueridos, reproduciendo las

condiciones climticas e%teriores establecidas para cada ensayoA o un sistema detoma de aire e%terior de ventilacin si las condiciones climticas ya cumplen losre*uisitos del ensayo. (e emplear una unidad de tratamiento de aire#32 $, modelo 2F7&G> de la casa 2' 2E)B-5F.

V%.$" ' *- +%.$-"/3 * SODECA


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El sistema de impulsin de aire primario est constituido por un e*uipo ventilador acoplado a un regulador variable *ue permite modificar los caudales de aireimpulsado

H3&" "/"+' *- H3&"S$%'& 74P 3# (CAREL)

Para poder ensayar distintos niveles de !umedad relativa S"#$%&' % $*&' % '"-% %8$%-"*- C9&'-' + "&9$"+' B*& ' % C' *- A"-%4'"-% V%.$" ' *- +%.$-5/3 * S:P S"#$%&'# % "#$-" 3+";. % '"-% B*& '# % ' 3' S%.#*-%#($%&1%-'$3-',


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Para realizar la caracterizacin e%perimental de los dos prototipos construidos enpolicarbonato operando como meros intercambiadores de calor o comoenfriadores evaporativos indirectos, se plante un +ise o de E%perimentos, seg"nel cual se decidi considerar dos parmetros como factores determinantes delcomportamiento del sistema, ambos relacionados con la corriente de aire de

renovacin: la temperatura de bulbo seco y el caudal de dic!o aire e%terior 'esultados comparativos entre los e*uipos de Hpaso estrec!oI y Hpaso anc!oI:

4a diferencia ms destacable entre sistemas debe plantearse en trminos deintercambio de calor. (e muestra obvio el !ec!o de *ue el factor rea deintercambio prcticamente duplicado en el e*uipo de Hpaso estrec!oI va a ser clave en la mejora de la transferencia de calor entre corrientes, reflejada en elcoeficiente global de transmisin, y por lo tanto en la eficacia del sistema pararecuperar la energa residual de la corriente de aire e%pulsada. Pero por otro lado,un mayor dimetro !idrulico del paso del aire en contracorriente con el aguaaportada, objetivo del dise o el sistema de Hpaso anc!oI, tambin favorece a latransferencia de calor en cuanto a *ue permite mejores coeficientes de pelculagracias a la distribucin ms uniforme del agua sobre la pared de intercambio,como ya se !a indicado. Por lo tanto, puede observarse en la tabla /.J *ue laconductancia trmica obtenida en el sistema de Hpaso estrec!oI es notablementesuperior al del sistema de Hpaso anc!oI cuando ambos operan en modo seco,debido a la mayor superficie de intercambio en el primer casoA mientras *ueatendiendo a los resultados de los e*uipos en modo !"medo, la transmisin decalor en el segundo e*uipo se ve mejorada frente a la menos claramente alteradaconductancia trmica registrada en el primero, al entorpecerse la distribucin deagua sobre la superficie de intercambio por la estrec!ez de los paneles utilizados.

) P1234 /5: E-0'5 + 'E( E/ P ' 25/ ( +5'E)2 (.

EED DE PULVERI6ACIN

En los sistemas de enfriamiento evaporativo directo mediante pulverizacin deagua, la evaporacin se potencia disminuyendo el tama o de gota, gracias a laconsiguiente disminucin de las fuerzas de enlace intermoleculares, mediantemicronizacin del agua de aporte. Esto se realiza aumentando la presin del agua

!asta J>&C>> bares mediante un sistema de bombas y !acindola atravesar seguidamente unos orificios especiales #bo*uillas$ de forma *ue se nebuliza engotas de apro%imadamente C> micras #grosor inferior al de un cabello$.

EED DE RELLENO RGIDO

4os enfriadores evaporativos directos de relleno rgido estn conformados por placas rgidas y corrugadas *ue pueden estar fabricadas en diversos materiales,


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bien plstico, celulosa impregnada, fibra de vidrio, etc. 4as corrientes de aire yagua circulan generalmente en flujo cruzado en el relleno, de modo *ue loscanales !orizontales correspondan al aire y los verticales al agua

COMPARACIN ENTRE LOS DOS SISTEMAS

DE EED4a elevada prdida de carga generada por el sistema de relleno rgido y lasparticularidades *ue limitan su instalacin, !acen *ue este sistema sea deinstalacin preferible en espacios cerrados, mientras *ue el sistema demicronizacin se adecua especialmente al acondicionamiento de espaciose%teriores, donde adems la evaporacin de los aerosoles generados es mssegura.

) P1234 /55: ) ' )2E'5; )5


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) P1234 /555: ) ' )2E'5; )5


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Estas dos ideas se combinan con el inters de aprovec!ar las posibilidades de latradicional sin refrigeracin por aire cuando el aire e%terior muestra clima suave ypor lo tanto favorable caractersticas para soportar cargas trmicas interiores. Por lo tanto, esta opcin debe ser siempre tomada en cuenta.2eniendo en cuenta las diversas soluciones propuestas durante todo el estudio, un

importante a!orro de energa se puede conseguir en las bombas de calor convencionales instalados, y en consecuencia la reduccin de la) = lgunas conclusiones ms ms especficos de cada dispositivo en particular caracterizados son siguiente resaltado. 4as emisiones relacionadas con losespacios interiores de enfriamiento durante la temporada de verano.

'efrigeradores evaporativos indirectos con placas de policarbonato

'especto al dise o y la construccin del sistema, utilizando un material plsticoresult ser muy interesante tanto por su ligereza y bajo coste, adems, a su buencomportamiento en presencia de agua. Esto permite construir ms sistemasligeros y compactos, reduciendo los costos de inversin y mantenimiento. dems,ya !aba sido sondeado *ue la trmica conductividad no constituy un factor determinante cuando se trabaja con este tipo de pe*ue os espesores de lasparedes de intercambio de calor. l estudiar su rendimiento, ambos sistemastienen su comportamiento mejora cuando operando como enfriadores por evaporacin en vez de meros intercambiadores de calor, por*ue este fenmenoe%plota mejor el potencial de enfriamiento del aire de escape utilizado. (evolvieron a comportarse mejor como bien cuando el tratamiento de corrientes deaire calientes al aire libre, lo *ue aumenta el inters de su aplicacin en climasms duros. 7odificacin de los flujos de aire tratados permite controlar latemperatura del aire suministrado. 7ayor corriente de aire permiso de soportar cargas trmicas mediante el suministro de aire a temperaturas y velocidades msbajas, reducir los riesgos de los proyectos y la falta de uniformidad de losinteriores ambiente. Por otra parte, los flujos de aire ms altos mejorar el procesode intercambio de calor debido al incremento en los coeficientes convectivos.Estas sin embargo, no coeficientes se modifican claramente debido a la presenciade una pelcula de agua sobre las paredes de cambio.

El sistema construido con paneles ms estrec!os y por lo tanto caracterizado por una casi se duplic rea de intercambio de calor, siempre resultados ligeramentemejores, pero no tan notable como podra ser esperado. Esto tambin se observen el a!orro de energa *ue podran lograrse en el ventilacin demanda derefrigeracin estudi en el captulo 5 , ya *ue ambos sistemas dieron resultadossimilares. En consecuencia, la seleccin del sistema ptimo se basara encuestiones constructivas y no tan fundada en diferencias de rendimiento.3na de las consideraciones ms importantes para su aplicacin es, sin embargo,el corto el consumo de energa insignificante de las bombas de agua *ueconstituyen los sistemas elctricos "nicos necesarios para su funcionamiento.


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'efrigeradores evaporativos directos

(e !a visto *ue, por su configuracin de funcionamiento simple, en la *ue elfenmeno de la refrigeracin por evaporacin se implementa directamente en lacorriente de aire suministrado a travs de mtodos sencillos #pulverizacin y la

evaporacin desde la superficie !"meda$, podran ser considerados para ser instalado en espacios ventilados naturalmente para suavizar las condicionestrmicas interiores.

Por un lado, la caracterizacin del sistema de nebulizacin mostr algunosresultados interesantes sobre su funcionamiento, tales como la necesidad deproporcionar un flujo de agua mnimo para evitar riesgos de overMarming en elsistemaA y tambin *ue el consumo de energa elctrica dependa e%clusivamentelos niveles de presin establecidos. Por otro lado, la ) P se volvi a mejorar tantocon l la presin y el flujo de agua, aun*ue altos flujos podran incurrir en unaevaporacin incompleta de la niebla, lo *ue sera inadmisible por la seguridad ensu aplicacin.

(in embargo, sistemas de nebulizacin son ampliamente utilizados para enfriar espacios al aire libre y no muy recomendable para su aplicacin en espaciosinteriores, debido a la corriente de aire e%cesivo *ue !ara ser re*uerido parasoportar el aumento de la !umedad generada, lo *ue podra dar lugar acondensaciones. dems, empeora posibles riesgos de aerosoles *ue podran ser generadoras airborn portar bacterias nocivas como legionario. En consecuencia,su caracterizacin interior re*uerida tan altas restricciones sobre los parmetrosde trabajo *ue conducen al rec!azo de su aplicacin prctica para esta aplicacinparticular.

En relacin con el sistema 7edia Pad rgido, la generacin de aerosoles fueglobalmente evitarse, debido a la su funcionamiento desde la superficie !"meda yla e%istencia de una zona de eliminacin de deriva en el teclado. Esto permiteutilizar para enfriar el aire de ventilacin suministrada en el interior. (in embargo,esta configuracin incurre en cadas de presin alta *ue re*ueran el uso deventiladores bastante potentes, lo *ue aumentara los consumos energticosmundiales. Estos dos sistemas directos de refrigeracin por evaporacin slopodan ser considerados para la aplicacin en climas secos, el ms caliente,mejor, ya *ue operan directamente en la corriente de aire e%terior suministradopara ventilacin. 4ibre de enfriamiento por agua

El dispositivo consta de una torre de enfriamiento y una bobina para permitir librede refrigeracin por agua, proporciona resultados muy interesantes,principalmente debido a la simplicidad del proceso implementado, en *ue lospasos intermedios son pocas y simples #!ay una bobina "nica$. En consecuencia,es caracterizado por muy buenas actuaciones con un re*uisito mnimo de laenerga elctrica para mover el agua a travs de la bobina.


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El sistema se puede montar en una configuracin convencional, en el *ue pura,libre de refrigeracin por agua se implementa mediante la realizacin de airee%terior directamente a la torre de enfriamientoA o en un calor el modo derecuperacin, en la *ue el sistema !ace uso de la corriente de aire de escapedesde el espacio. En el primer caso, el sistema puede ser considerado para su

aplicacin en sistemas de ventilacin natural&, mientras *ue la segunda opcindebe ser considerada como un propio sistema de aire acondicionado.

(e !a investigado *ue el rendimiento mejora para los niveles ms altos detemperatura de bulbo seco de aire e%terior tratado, mientras *ue el resto defactores no constituyen influencia relevante en esta actuacin. Particularmente,variando el flujo de agua suministrada, *ue est relacionado con la bomba deagua el consumo de energa, tiene un efecto insignificante sobre los parmetrosestudiados, por ser en todos los casos mayor *ue la cantidad de agua evaporadaen el aire En consecuencia, una amplia gama de flujos de aire podra ser tratadacon este dispositivo el mantenimiento de la actuacinA y el control del sistema sesimplifica como ninguna variacin del flujo de agua suministrado es sea necesario.(in embargo, a pesar de la simplicidad de su configuracin, se muestra la principaldesventaja de *ue re*uiere un amplio espacio para su instalacin. Por lo tanto, suaplicacin en espacios ventilados naturalmente !ara sea siempre interesante,siempre *ue no !aya limitaciones de espacio en el edificio. 7s lejos complicacinconstituira la configuracin de recuperacin de calor. (in embargo, si la oferta yde escape conductos de aire permiten, sin refrigeracin por agua en un ciclo derecuperacin de calor tambin sera recomendable como un sistema de soporte deaire acondicionado para reducir la demanda de energa.

En cuanto a los a!orros de energa especficas introducidas con este sistema, !ay*ue destacar *ue una bomba dimensionada de forma ms adecuada de agua parauna bobina mejor dise ado de menor presin gota reducira la energa elctricaconsumida, y por lo tanto mejorar la eficiencia energtica de la sistema. Esta idease considera como seguir trabajando para desarrollar. 'un& round 4oop'ecuperacin de )alor Por "ltimo, la ejecucin alrededor del sistema derecuperacin de calor de bucle permite la e%plotacin de la residual energaasociada a agotar corrientes de aire cuando la configuracin constructiva de laoferta y los conductos de e%traccin no permiten los recursos ms simples derecuperacin de calor. l igual *ue para los dispositivos anteriores, el rendimientodel sistema de bucle de ejecucin en todo mejora cuando las condiciones al airelibre *ue se enfrentan son ms durasA *ue, por otro lado, constituye el mayora delos casos e%igentes.

perando con mayores caudales de aire al aire libre no slo constituye unacondicin favorable para reducir la velocidad del aire suministrado y diferencia detemperatura a la de aire interior, sino tambin mejorar el rendimiento del procesode intercambio de calor en s en la bobina de aire e%terior N suministrado.

(in embargo, para el uso de un fluido intermedio entre ambas corrientes de aire, ypor lo tanto de dos intercambiadores de calor, el rendimiento baja


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considerablemente. Esto, adems de la potencia re*uerida por bombea el aguapara mover el agua a travs de las dos bobinas, estropea el a!orro de energa *uepodra ser alcanzados por el proceso de recuperacin de calor. El trabajo futurodebe plantearse en este tema.

En consecuencia, este tipo de sistema slo se recomienda cuando las limitacionesparticulares de la instalacin no permiten otras alternativas de recuperacin decalorA y en cada caso un cuidadoso dise o debe ser desarrollado en primer lugar para asegurarse de *ue su instalacin proporciona un a!orro de energa, realidad.

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