Ecología hasta en el aire acondicionado.

Grandes cantidades de energía se destinan al uso de los aires acondicionados, sobre todo en el vereno.

En el caso de los Estados Unidos el 5% de la energía total es utilizada en sistemas de refrigeración.

Pues bien, ahora se ha desarrollado un sistema de aire acondicionado que podría aumentar la eficiencia energética logrando reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero, esta investigación se llevó a cabo por un grupo de científicos del Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos.

El aire húmedo, en rojo, cambia a aire seco frío, en azul, al pasar por el core del DeVap

Eric Kozubal en conjunto con un grupo de ingenieros han creado un sistema de aire acondicionado que consume hasta un 90% menos de energía que otros sistemas.

El DEVap esta basado en la clásica combinación de refrigeración evaporativa con un material que absorbe el agua, consiguiendo aire frío y seco.

Lo interesante de este nuevo e innovador sistema es la combinación de la tecnología de la refrigeración evaporativa, según explica Eric Kozubal.

Si todo este proyecto termina en resultados positivos, se debería estar comercializando dentro de cinco años más, apoyando al cuidado del medio ambiente y en la reducción de CO2.

En la foto de cabecera, Eric Kozubal, ingeniero senior de NRel, examina un prototipo de canales de flujo de aire del aire acondicionado DeVap, que el ayudó a diseñar.

---

El enfriamiento por evaporación no es un concepto novedoso, ya se viene utilizando exitosamente en algunas zonas secas como los desiertos desde hace muchos años. El sistema consiste en hacer circular aire a través de una superficie mojada para provocar la evaporación. Con el tiempo, el método fue mejorado, bajo el nombre de enfriamiento evaporativo indirecto, incorporando una membrana de polímero separando el flujo de aire en dos corrientes aisladas. Una de las dos corrientes es atravesada por agua, enfriándola y agregándole a su vez humedad.

Este aire más fresco y húmedo baja la temperatura de la membrana que a su vez enfría la segunda corriente de aire pero esta vez sin agregarle humedad. Sin embargo, el aire solo puede contener cantidades limitadas de vapor de agua y por lo tanto en climas húmedos el efecto es mucho más limitado.De allí surje el mayor problema de los sistemas de aire acondicionado por evaporación: funcionan bien únicamente en climas secos y agregan humedad al aire frío suministrado.

El DEVap resuelve este desafío al agregar una etapa adicional al comienzo del proceso, que consiste en circular el aire a través de desecantes líquidos que quitan la humedad del aire enfriado. El tipo de desecante utilizado es parecido a un sirope que contiene sales como cloruro de litio o cloruro de calcio en un 44 por ciento en volumen.

Ambas sustancias son consideradas inofensivas, el cloruro de calcio se utiliza como sal para derretir la nieve en países nórdicos aunque es altamente corrosivo y no puede estar en contacto con piezas metálicas. En este nuevo sistema, otra membrana separa el desecante del aire que viaja a través del canal. La membrana de polímero tiene poros de entre 1 y 3 micrones de diámetro, lo suficientemente grandes para que el vapor de agua los atreviese fácilmente mientras que la solución salina (sirope) se mantenga en el lugar. El desecante quita humedad del aire generando aire cálido pero seco. Con este aire se inicia entonces el ciclo tradicional de enfriamiento evaporativo indirecto.

El desecante se puede reutilizar calentando la solución a punto de ebullición y evaporando toda el agua. En una fábrica, este proceso se puede lograr aprovechando el calor desperdiciado de un proceso industrial mientras que en una casa se puede obtener quemando gas natural o mejor aún, a través de la energía solar térmica. De esta manera se puede aprovechar y reducir el período de amortización de un calefón solar para agua caliente utilizándolo también en verano para asistir con el aire acondicionado.

Evaluación de sistemas de climatización y ambientes interiores

La mayoría de los estudios de calidad del ambiente interior llevados a cabo hasta ahora se han limitado a la toma de un conjunto de medidas (temperatura seca, humedad relativa, CO, CO2, higiene, iluminación etc. ), e informaban sobre los valores absolutos de las instalaciones, sin tener en cuenta su valor relativo y sin aportar datos, por tanto, sobre el nivel de proximidad o alejamiento de las condiciones consideradas como óptimas. En muchas ocasiones, además, se tenía en cuenta únicamente la normativa de obligado cumplimiento, sin considerar mejoras derivadas de otros textos -Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), normas UNE...-, así como de la experiencia y códigos de buenas prácticas.
Así, el estudio se limitaba a la medición de diferentes variables en las zonas ocupadas, sin analizar el sistema de climatización local desde los puntos de vista de aportación de la energía térmica, distribución, sistemas de regulación y mantenimiento de las instalaciones. No se realizaba una evaluación desde el punto de vista energético de las instalaciones que tuviera en cuenta el fraccionamiento de potencias en salas de máquinas, calderas, equipos de frío, contabilización de consumos, aislamientos, regulación, etc, descritos en el RITE. Debido a que no se profundizaba en las causas de disconfort que afectaban a los ocupantes de un edificio, no se podían dar soluciones prácticas para paliar la situación existente, por lo que los resultados del informe eran de relativa utilidad. Además, la diversidad de datos obtenidos a partir de las mediciones no permitía el seguimiento de las condiciones de confort del edificio una vez que se realizaban mejoras en el sistema.

Sistema de evaluación

Como filosofía de evaluación se propone emplear la descomposición de aquello que se quiere analizar en aspectos globales que a su vez son descompuestos en factores, parámetros e ítems, usando un sistema de puntuación ponderada desde la unidad mínima de información, ascendiendo hasta el aspecto. La consideración de las diferentes partes tenidas en cuenta conduce a la obtención de una nota para el edificio evaluado (Figura 1).

FIGURA 1

Con este sistema de evaluación, cada uno de los aspectos, factores o parámetros puede ser comparado con el óptimo, obteniendo una valoración cuantitativa. Si se emplea el ítem como la unidad mínima, la información recogida en cada uno de ellos se divide en cuatro tipos que se resumen en:

 

Así, si se considera un conducto como elemento evaluado, se podrían presentar las siguientes opciones:

Para los códigos O, M y R se puntúan los ítems empleando diferente rango de valoración, de forma que la nota resultante se encuentre dentro del rango 0 a 5, siendo 5 la puntuación óptima, y 0 se reserva para un incumplimiento legal.

• - Ámbito de aplicación. El sistema de evaluación de la calidad del aire en ambientes interiores propuesto es aplicable a edificios de uso administrativo, públicos y privados, centros comerciales, residenciales, restaurantes, hospitales, hoteles, centros de ocio (cines, gimnasios, etc. ) y centros de enseñanza en sus diferentes grados. A su vez, y para cada uno de estos edificios, se aplica a inmuebles de nueva construcción, asesorando en la fase de diseño y evaluando su proyecto de instalaciones de climatización, y edificaciones ya construidas. Obviamente, algunos de los aspectos asociados a edificios en explotación no podrán ser analizados en el diseño.
• - Aspectos evaluados. En una primera etapa de trabajo se debe obtener información acerca de las características ocupacionales y funcionales (COF), las energías utilizadas, los generadores térmicos y la zonificación del edificio en diferentes usos parciales por planta. El sistema analiza de forma diferenciada la calidad del ambiente interior para las zonas seleccionadas, y la calidad de las instalaciones de climatización. De este modo, la evaluación de un edificio consta de cinco aspectos fundamentales: calidad del ambiente interior, generación de calor y frío, legalización de instalaciones, explotación y mantenimiento y energía y medioambiente.

Calidad del ambiente interior

Por calidad en el ambiente interior se entiende el disfrute de un conjunto de condiciones controladas y mantenidas en el tiempo que satisfacen a la mayoría de las personas. Además, debe ser posible el desarrollo de las actividades del edificio, disponiendo de la capacidad de amortiguar todos aquellos factores tendentes a incrementar el grado de insatisfacción generado por diferentes variables.
En las instalaciones existentes en la actualidad, son muchos los factores que afectan a la calidad del ambiente interior, repercutiendo en la calidad del aire, higiene y sanidad de las instalaciones:

• • La indisponibilidad de sistemas de aporte de aire exterior o el mal uso y control del free-cooling (si se utiliza), redundando en bajas tasas de ventilación.
• • La inadecuada zonificación al compartir sistemas para áreas con demandas diferentes.
• • La inapropiada selección, ubicación y/o reparto de los elementos terminales de difusión de la energía térmica.
• • La utilización de materiales inadecuados, especialmente fibra de vidrio, como revestimiento interior aislante en conductos y unidades de tratamiento de aire.
• • La utilización de falsos techos, como plenum de mezcla o retorno.
• • El difícil acceso a los sistemas para su mantenimiento e inspección.
• • La inadecuada explotación y mantenimiento de los sistemas de climatización.

Este aspecto acumula, por tanto, gran cantidad de información, por lo que se hace necesaria su descomposición en varios factores y parámetros de evaluación con objeto de cubrir esta área en la explotación del edificio. El sistema de evaluación utiliza 12 factores (Figura 2); considera 7 de ellos como principales, y 5 como relacionados. La evaluación de estos últimos puede llegar a explicar, en determinadas circunstancias, algunas de las notas obtenidas en los factores principales, al distinguir si las causas de un hipotético malestar son debidas a un mal diseño, explotación o mantenimiento de las instalaciones, y al ofrecer información al usuario sobre sus posibilidades de actuación de cara a mejorar la calidad ambiental del edificio.

FIGURA 2

 

Cada uno de estos factores se analiza de forma independiente y se estructura, básicamente, en tres apartados:

• • Descripción, especificando los parámetros de calidad de acuerdo con la normativa aplicable, códigos de buenas prácticas y experiencia de los técnicos.
• • Metodología de análisis, indicando dónde, cuándo y cómo se ha recogido la información utilizada en la valoración del elemento.

Criterios de valoración

A partir de los factores principales se obtiene la nota de calidad ambiental en interiores en cada una de las zonas evaluadas, aplicando de forma ponderada la puntuación de cada uno de los elementos implicados. Junto con ésta, se ofrece la nota de calidad del aire, que prescinde de factores como el ruido, la iluminación y los campos electromagnéticos.
Unidades de Tratamiento de Aire (UTAs).
Dentro de los factores relacionados, el sistema de climatización debe poner especial énfasis en las unidades de tratamiento de aire, al ser éstas utilizadas en la mayoría de edificios, cuando se climatizan grandes áreas usando importantes volúmenes de aire. Así, la evaluación debe analizar el uso eficiente de la energía, el funcionamiento y el estado mecánico-higiénico de las unidades.
En concreto, la evaluación del uso eficiente de la energía se debe realizar atendiendo el caudal de impulsión de la unidad de tratamiento, el número de horas de uso al año, las características de la carga térmica de la zona abastecida (calefacción o refrigeración) y el período del año en el que se realiza la evaluación (invierno o verano).
Por su parte, la evaluación del funcionamiento tiene en cuenta parámetros como la ubicación de la unidad, el tipo de unidad de tratamiento (existencia de uno o dos ventiladores, terna de compuertas, etc. ), el sistema de alimentación (2 ó 4 tubos), los ventiladores empleados, la regulación de compuertas de aire exterior, la puesta en marcha-parada de las unidades y la regulación de temperatura ambiente.
Por último, el estado mecánico-higiénico contempla la revisión de partes concretas como el prefiltro y filtro, las baterías de calor y frío, las cámaras (impulsión, retorno y mezcla) y ventiladores y el sistema de humectación.

Generación de calor y frío

La evaluación de este aspecto incluye básicamente la sala de máquinas, los equipos generadores de calor y frío (calderas, quemadores y grupos de frío-torres de refrigeración) y la acumulación de agua caliente sanitaria (Figura 3).

FIGURA 3

 

• - Sala de máquinas (central térmica). Este factor debe evaluarse siguiendo los preceptos establecidos en el Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios, en concreto en su Instrucción Técnica 02, referente a diseño. De forma particular, se consideran los siguientes parámetros: ubicación de la sala (generalidades), fraccionamiento de potencia, seguridad, aislamiento térmico, dispositivos de medición y mantenimiento de sala. En la evaluación de estos puntos anteriores se debe considerar, tanto la parte obligatoria, como posibles mejoras en las instalaciones.
• - Equipos generadores. Este factor tiene en cuenta: las generalidades del equipo, el fraccionamiento de potencia, la seguridad y el mantenimiento. Para equipos de frío refrigerados por agua destaca la evaluación de las torres de refrigeración desde el punto de vista de prevención de legionella. Los puntos revisados se resumen en ubicación de torres, suministro de agua, diseño de torre, funcionamiento y estado mecánico-higiénico.
• - Agua caliente sanitaria (ACS). El agua caliente sanitaria, en edificios que dispongan de sistema de acumulación, se evalúa atendiendo a la producción, preparación, acumulación y distribución, según los parámetros establecidos en el RD 865/2003 sobre control de legionella.

Legalización de instalaciones

Este aspecto se debe analizar según la documentación exigida al titular de las instalaciones y al instalador, en función de la potencia térmica instalada de acuerdo a los preceptos desarrollados por la Instrucción Técnica 07 del RITE. Para edificios con potencia superior a 70 kW, se pone especial énfasis en la revisión de la memoria descriptiva de la instalación, planos y esquemas de principio, así como anejos de cálculo que incluyan las hipótesis consideradas en la obtención de las potencias de calefacción y refrigeración resultantes de la aplicación de programas informáticos existentes en el mercado.
Desde el punto de vista del instalador, en la evaluación hay que enfatizar en la existencia de planos de modificaciones respecto a proyecto (planos as-built), así como en la relación de equipos y materiales empleados en la ejecución del proyecto, instrucciones de manejo y funcionamiento de las máquinas instaladas, operaciones de mantenimiento recomendadas y resultados de pruebas finales, valorando el ajuste y equilibrado de las instalaciones. Desde el punto de vista documental (Figura 4), se debe evaluar la existencia del Certificado de la Instalación, firmado por el director de ésta, y sellado por el registro del Organismo Territorial.

FIGURA 4

 

Explotación y mantenimiento

La obtención de un adecuado ambiente interior exige, no sólo un buen diseño de las instalaciones de climatización desde diferentes criterios, sino también unas correctas pautas de explotación y mantenimiento, con el objetivo de garantizar el bienestar con el paso del tiempo. La evaluación de este aspecto se debe realizar según los preceptos incluidos en la instrucción 02 del RITE en la parte referida a control, junto con las operaciones de mantenimiento indicadas en la Instrucción 08 de este reglamento.
La parte que se refiere a explotación evalúa los siguientes puntos:

• • Alcance del sistema de regulación y control en sala de máquinas, instalaciones de calefacción y aire acondicionado y agua caliente sanitaria.
• • Sistema informático empleado y tratamiento de la información.

La que se refiere a mantenimiento debe analizar los siguientes:

• • Personal de mantenimiento.
• • Registro de operaciones de mantenimiento de calderas, equipos de frío y otros componentes de las instalaciones.

Dentro de este último apartado se debe incluir el control de legionella en torres de refrigeración, considerando la notificación de instalaciones y la revisión de registros de revisiones, controles y limpieza.

Energía y medioambiente

Este aspecto trata de evaluar el uso que se da a la energía consumida en un edificio, destinada a lograr unas condiciones de confort para los ocupantes y evaluando su racionalidad. Con este objetivo, el aspecto es evaluado en función de una serie de parámetros:

• • Desviación de temperaturas en cada zona respecto a las recomendadas por el RITE, e integración de luz natural.
• • Fraccionamiento de potencia y coeficientes de prestación en generación de calor y frío.
• • Regulación y empleo de free-cooling en unidades de tratamiento de aire.
• • Otros parámetros, como la ausencia de climatización de zonas comunes, aislamiento de tuberías y conductos, y empleo de energía eléctrica para generación de calor.
• • Mantenimiento de instalaciones.
• • Sistema de regulación y control de zonas interiores.
• • Refrigerantes empleados en la generación de frío.

Presentación de resultados

Así, un sistema de evaluación debe tener un doble objetivo:

• - Ofrecer los resultados de la evaluación de forma ágil y sencilla, para que éstos puedan ser interpretados por personal que no dispone de amplios conocimientos técnicos pero que ha de decidir sobre la aplicación de una serie de mejoras propuestas.
• - Permitir a personal de mantenimiento de instalaciones, prevención de riesgos laborales, y otros departamentos implicados, profundizar en aquellos aspectos que consideren de interés, identificando rápidamente los puntos débiles del elemento tratado.

Para conseguir estos objetivos, se puede emplear un sistema de codificación de resultados basado en cuatro colores (Figura 5), que permite obtener un mapa de condiciones de confort, con el siguiente significado: los resultados obtenidos deben permitir comparar el porcentaje óptimo de las instalaciones de clima con el porcentaje óptimo de calidad del aire de las zonas evaluadas en el edificio.

FIGURA 5

Este resultado no indica una coherencia entre ambos aspectos; puede ocurrir que en edificios antiguos, mal diseñados, explotados o mantenidos, se obtenga una calidad del aire aceptable cuando las instalaciones de clima no son capaces de proporcionar un buen confort ambiental. Esto se puede deber, por ejemplo, a la existencia de factores estacionales que dan como resultado un gráfico de calidad de instalaciones no coherente con el de la calidad ambiental en interiores. Por eso, si se condensan las notas obtenidas en cada zona evaluada se pueden obtener las puntuaciones por aspecto y, como ponderación de las mismas, la nota global del edificio. Finalmente, el sistema de evaluación permite conocer si las causas de disconfort son debidas al diseño, explotación o mantenimiento de las instalaciones. Conocido el problema, se pueden buscar soluciones.

Fuente:

Revista Gestión Práctica de Riesgos Laborales, Nº 36, Sección Artículos, 01 de Marzo de 2007
Publicado hace casi 5 años

José Carlos Perales Muñoz, División de Prevención y Medio Ambiente de SGS Tecnos

Que es la Climatización?

La climatización consiste en crear unas condiciones de temperatura, humedad y limpieza del aire adecuadas para la comodidad dentro de los espacios habitados. La normativa española ha abandonado cualquier referencia al aire acondicionado, por ser una expresión equívoca, ya que parece referirse exclusivamente a la refrigeración (climatización de verano), cuando en realidad debería referirse al acondicionamiento del aire en todas las épocas, verano e invierno.
La climatización puede ser natural o artificial.
La climatización tiene dos vertientes: la calefacción, o climatización de invierno, y la refrigeración o climatización de verano.
La comodidad térmica, importante para el bienestar, está sujeta a tres factores:

• El factor humano: La manera de vestir, el nivel de actividad y el tiempo durante el cual las personas permanecen en la misma situación, influye sobre la comodidad térmica.
• El espacio: La temperatura radiante media de los paramentos del local considerado y la temperatura ambiental.
• El aire: Su temperatura, velocidad y humedad relativa.

Entre estos factores, el humano puede ser muy variable, puesto que depende del gusto o actividad de las personas. Los otros factores pueden controlarse para ofrecer una sensación de bienestar.
El cambio de la manera de construir los edificios, los métodos de trabajo, y los niveles de ocupación han creado nuevos parámetros a los que los diseñadores ahora deben prestar atención. Los edificios modernos tienen más carga térmica que hace 50 años, por varios motivos:

• La temperatura exterior: los elementos separadores del interior de los edificios con el exterior no son impermeables al paso del calor, aunque pueden aislarse convenientemente. El calor pasa desde el ambiente más cálido al ambiente más frío dependiendo de la diferencia de temperaturas entre el ambos ambientes.
• La radiación solar: Con el desarrollo de los nuevos edificios, las nuevas técnicas han favorecido el empleo del cristal y el incremento térmico es considerable en verano cuando la radiación solar los atraviesa, pero es favorable en invierno, disminuyendo las necesidades de calefacción. El acristalamiento excesivo no es deseable en climas cálidos, pero si en climas fríos. Incluso en cerramientos opacos, no acristalados, calienta la superficie exterior aumentando el salto térmico exterior interior y, por lo tanto el paso del calor por los cerramientos opacos.
• La ventilación: La introducción de aire exterior en el edificio puede modificar la temperatura interna de éste, lo cual puede suponer un problema cuando el aire exterior está a 30 °C.
• La ocupación: El número de ocupantes aumenta en los edificios, generando cada uno entre 80 y 150 W de carga térmica, según la actividad realizada.
• La ofimática: La proliferación de aparatos electrónicos, ordenadores, impresoras, y fotocopiadoras, que forman parte de las oficinas modernas, generan cargas térmicas importantes.
• La iluminación: la iluminación es un factor de calentamiento importante. Se estima en una carga de entre 15 a 25 W/m². Muchos Grandes Almacenes modernos pueden calentarse gracias únicamente a su sistema de iluminación y al calor producido por los usuarios. Esta situación es bastante frecuente en Europa.

Evidentemente, muchas de estas cargas son favorables en invierno, pero no en verano. Todas ellas deberían ser dominadas y compensadas si uno desea obtener un ambiente confortable en verano. El único medio de asegurarse esta comodidad es la climatización.

Fuente: Wikipedia.