Diseño eficiente de instalaciones de climatización por Esteban Domínguez González-Seco

Cuando hablamos de diseño eficiente de instalaciones rápidamente nos vienen a la cabeza referencias a normativas y métricas que nos permiten objetivar las bondades, o realidades, de las instalaciones proyectadas y finalmente ejecutadas.

Este marco normativo, cada vez más exigente, converge a un objetivo claro de acabar diseñando, y disfrutando,  de edificios NZEB. El término NZEB, como todos conocemos ya, es un acrónimo del inglés “Nearly Zero Energy Building”, que puede traducirse como “edificios de consumo de energía casi nulo”,  y hace referencia a los edificios que cumplen con un nivel de eficiencia energética muy alto y un consumo de energía muy bajo, que deberá de proceder en su mayoría de fuentes renovables (definido según Directiva 2010/31/EU). La próxima aprobación del nuevo Documento Básico HE del Código Técnico de la Edificación de eficiencia energética volverá a poner énfasis en todos los puntos a cumplir por los proyectistas incrementando de forma significativa valores de control que conduzcan al objetivo. Conceptos como transmitancia global, ganancia solar, consumo de energía primaria, energía primaria no renovable, etc. coparán nuestra atención y marcarán en gran medida nuestros diseños y quehacer en el sector.

No obstante quería reflexionar en este post sobre distintos puntos que de forma básica deberían marcar los diseños eficientes de instalaciones de climatización y que muchas veces se pueden perder o disolver entre la dialéctica y normativa mencionada.

1.- Monótona de carga. Tan relevante, o más, como la demanda termo frigorífica global y punta de la instalación, es conocer de forma clara  la curva de variación anual del edificio a climatizar. La tipología del edificio, sus condiciones de explotación, ubicación geográfica, etc. nos llevarán a necesidades muy variables a las que debemos acoplar nuestra selección de equipos tanto de producción como de distribución. Una mala selección de estos equipos a cargas parciales limita, no solo la eficiencia de la solución proyectada, sino su  vida útil.

2.- Adecuada selección de equipos y componentes. El RITE ha puesto cierto énfasis en la selección de equipos de producción, dando ciertas pautas para su adecuado dimensionamiento. Vincular la selección de enfriadoras condensadas por aire a la temperatura seca del lugar con cierto margen (según la IT 1.2.4.1.3.3 se dimensionarán a la temperatura seca exterior igual a la del nivel percentil más exigente más 3 ºC) o la selección de torres de refrigeración en condiciones adecuadas de operación (según la IT 1.2.4.1.3.4  se dimensionarán para el valor de la temperatura húmeda que corresponde al nivel percentil más exigente más 1 °C) ya es algo interiorizado en el diseño. Esta selección, junto con el fuerte impulso de la Directiva de Ecodiseño, instaurando en la Unión Europea un marco para el establecimiento de requisitos obligatorios de ecodiseño a los productos relacionados con la Energía (ErP), permite afinar de forma definitiva la eficiencia de los equipos de producción, que si han sido bien seleccionados para la monótona de carga, permitirán acercarnos mucho a los objetivos de eficiencia establecidos.

No obstante hay otros puntos, sin tanta relevancia normativa, que es conveniente cuidar en el diseño y que nos pueden alejar de los consumos previstos:

• El Síndrome de bajo Delta T (∆T) ocasiona que se incremente la cantidad de equipos productores debido al exceso de caudal circulante. Como sabemos se denomina Delta T a la diferencia entre la temperatura de entrada y de salida en una batería. Si el caudal de agua en la batería es muy alto, esta no absorberá el frío o calor del aire de manera eficiente. Esto se debe a que a mayor caudal, el agua estará menos tiempo dentro de la batería, provocando que no se realice la transferencia térmica de forma adecuada y que la temperatura de salida esté por debajo de la temperatura de diseño.

Una adecuada selección de la válvula de control, con exigencia de control a cargas parciales, y combinada de forma adecuada con el comportamiento de la batería limita este efecto. Así mismo una opción muy conveniente puede ser el empleo de válvulas independientes de la presión, que permiten regular y mantener el caudal constante en la batería a medida que la presión varía dependiendo de la demanda. Esta característica incrementa la eficiencia energética logrando mantener la instalación en las condiciones deseadas de operación.

• Sistemas hidráulicos. Uno de los grandes consumidores de la instalación de climatización son los sistemas de distribución hidráulicos cuyas condiciones de diseño en muchos casos no vienen reguladas por la normativa vigente. Así por ejemplo el RITE  no  define de forma clara un SPF para sistemas hidráulicos, ni entra de forma profunda en el equilibrado de la red. La conveniencia de establecer sistemas de  caudal variable en función del tipo de instalación, las condiciones de regulación de sistemas de bombeo,  las condiciones de regulación (fines de línea, caudales mínimos, etc.) o los caudales máximos de diseño por calibre (velocidades máximas, dimensionado en función de horas de funcionamiento,  etc.) no siempre están presentes en los diseños a pesar de existir bibliografía abundante sobre su conveniencia y relevancia en la eficiencia de la instalación en su conjunto.

• Diseño de climatizadores y sistemas de ventilación. Al igual que en el diseño de redes hidráulicas hay componentes de la red de aire cuyo estudio es primordial para la optimización de la eficiencia de la instalación. La definición de forma adecuada de la estanqueidad de las  compuertas de toma de aire y freecooling para evitar exceso de aire exterior o evitar variaciones importantes del caudal en el climatizador por ejemplo, pueden ser la explicación de la perdida de la eficiencia prevista en el diseño inicial.

3.- Ausencia de lazos de control/memoria de control adecuada. La máxima de que “la potencia sin control no sirve de nada” está muy interiorizada en el mundo de la ingeniería pero sin embargo es uno de los caballos de batalla en la explotación de las instalaciones de climatización. Elementos clave en la instalación como disponer en caudal variable de una adecuada relación entre el caudal primario y secundario, que permita mantener la temperatura de impulsión y salto térmico constante, o garantizar la presión diferencial disponible no se cuidan con toda la relevancia que se debiera en la explotación de la instalación, observándose fuertes derivas entre la eficiencia prevista y la obtenida.

Con todo lo expuesto de manera somera solo se pretende reflexionar,  que detrás de cada métrica, y de cada valor introducido en un programa de caculo o certificación, hay labores de diseño en múltiples ámbitos,  que permitirán alcanzar el objetivo no solo de manera virtual sino en una explotación real, si se abordan con antelación y adecuada planificación.

BIBLIOGRAFIA

•  DIRECTIVA 2010/31/UE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 19 de mayo de 2010 relativa a la eficiencia energética de los edificios.
• DIRECTIVA (UE) 2018/844 DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 30 de mayo de 2018 por la que se modifica la Directiva 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética de los edificios y la Directiva 2012/27/UE relativa a la eficiencia energética.
• Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios.
• Real Decreto 238/2013, de 5 de abril, por el que se modifican determinados artículos e instrucciones técnicas del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios, aprobado por el Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio (conocido en la práctica por su acrónimo RITE).
• DTIE 9.07 CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPOS PRIMARIOS
• DTIE 9.06 SELECCIÓN DE EQUIPOS SECUNDARIOS SEGÚN EL SISTEMA
• Estándar ANSI/ASHRAE/IES 90.1-2016 “Energy Efficiency Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings»
• 2017 ASHRAE Handbook—Fundamentals
• 2016 ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment