Ahorro de energía en un Climatizador con Recuperación de Calor con ADSORCIÓN frente al Recuperador de Placas por José Antonio Torre Calvo

Introducción

A menudo en las instalaciones de climatización se seleccionan los recuperadores por su morfología, es decir placas para reducir altura o rotativos para más compactos. Sin embargo, las prestaciones de unos y otros difieren sustancialmente.

Los intercambiadores de placas y contraflujo están formados por placas metálicas que forman canales diferenciados para la corriente de extracción y para la corriente de aire de ventilación. El aire extraído al pasar por su canal cede el calor a la pared del metal y ésta por conductividad térmica lo transfiere al aire introducido.

Los intercambiadores rotativos, sin embargo, están formados por un panel de pequeños canales que durante una parte del ciclo reciben el aire de extracción, transfiriendo el calor al material del canal y al girar la rueda durante la otra parte del ciclo transfieren ese calor al aire introducido. Siendo en este caso, a diferencia del intercambiador de placas, el mismo canal el que es atravesado tanto por el aire extraído como por el aire introducido.

Esto supone de por sí, una importante diferencia de entrada y es que, cuando el aire introducido en invierno enfría la superficie del canal por debajo del punto de rocío del aire de extracción, este aire de extracción va a condensar.

En el caso del recuperador de placas, al ser canales diferentes para la de extracción y el aire nuevo, esta agua que condensa del aire de extracción va a caer a una bandeja de condensados que lleva el recuperador y será eliminada por el desagüe. Sin embargo, en el recuperador rotativo, al ser el mismo canal para la corriente de extracción que para la de impulsión, parte del agua que ha condensado sobre el canal va a ser evaporada cuando la corriente de aire frío se caliente a su paso. De este modo, el aire introducido en invierno va a estar menos seco en este recuperador rotativo que en el de placas.

A partir de ahí y aprovechando esta capacidad de cesión de calor latente entre las corrientes extracción e introducción de aire nuevo, los fabricantes de recuperadores rotativos han desarrollado distintas tecnologías que permiten abordar diferentes estrategias energéticas acorde con las necesidades del edificio y climatología externa.

El caso más simple es el recuperador rotativo de Condensación, que recupera sensible en invierno y verano y latente sólo en invierno.  El segundo caso es el recuperador rotativo Entálpico, que recupera no sólo sensible sino también calor latente en invierno como en verano.

Como ya se ha explicado antes, la recuperación de latente en invierno se traduce en un mayor confort interior al introducir el aire menos seco. La recuperación de latente en verano se traduce en un ahorro de energía, ya que el aire exterior en verano tiene un contenido en humedad absoluta superior al aire interior, que luego tiene que ser vencida con un mayor consumo de energía (latente) de las unidades interiores, ya sean UTAs, fancoils o equipos de expansión directa.

Una versión altamente higroscopia del anterior, es el Recuperador Rotativo de Adsorción. Éste último tiene los canales por los que pasa el aire con un material altamente higroscópico, generalmente de Sílica-gel, tamiz molecular (zeolitas) o híbrido.

La gran ventaja de este recuperador de adsorción, es que es capaz de introducir en invierno el aire con unas condiciones de humedad relativa que, en la mayoría de los casos es óptima para el confort interior sin resecar el ambiente. En verano por otro lado, constituye un importante ahorro de energía al reducir el exceso de agua del aire exterior que, de no ser así, tendría que ser vencido en las unidades interiores al enfriarlo.

El presente artículo se va a centrar en comparar el ahorro energético que tiene un Recuperador de Adsorción frente a un Recuperador de placas en una Unidad de Tratamiento de aire, teniendo ambos recuperadores la misma eficiencia del sistema de recuperación, medida en las condiciones de la Erp2018 (S. EN 308).

Comparación ahorro de energía en Climatizador con RECUPERADOR DE PLACAS vs Climatizador con RECUPERADOR DE SORCIÓN

Se simulan dos Climatizadores, ambos con recuperadores con la misma eficiencia del 78%. El primero es de PLACAS y el segundo de SORCIÓN. Para que el Recuperador de PLACAS pueda alcanzar las mismas condiciones finales de impulsión de aire que el recuperador de SORCIÓN, ha sido necesario además incluir una lanza de vapor para el funcionamiento en invierno.

• Equipo seleccionado con Recuperador de placas:

Equipo seleccionado con Recuperador de Adsorción:

La simulación está realizada en Barcelona, con las condiciones exteriores que indica la GUIA del IDAE.

A continuación, se muestran los resultados de los procesos de recuperación de calor en las tablas numéricas y diagramas psicrométrico para ambos casos.

Proceso recuperación de calor con RECUPERADOR DE PLACAS:

En el proceso se observa en invierno el tramo P1 rojo es el calentamiento del aire exterior, cuando el aire de extracción (tramo P2 verde) se esta enfriando. Como se puede observar, el aire de extracción al entrar en contacto con la placa del recuperador que está por debajo de la temperatura de rocío condensa, por este motivo el aire extraído tiene menor contenido de agua y es por ello que los recuperadores de placas precisan bandeja de condenados. Posteriormente este aire calentado gratuitamente se lleva en el tramo P6 hasta la temperatura de impulsión de 37ºC con 7% HR, quedándose como se puede observar con un contenido de agua muy bajo, con lo que se hace necesario una lanza de vapor para poder llegar a unas condiciones higrométricas adecuadas de impulsión de 37ºC con un 20%HR que mezclado con el aire del local conseguirá vencer las cargas terminas y llegar al punto del confort con un 48% HR (aceptable).

En verano el aire de extracción se calienta (tramo P4 rojo) enfriando el aire exterior (tramo P3 verde). Pero como podemos ver, es un enfriamiento solo sensible, debido a que el aire de extracción está por encima del punto de rocío. Con lo cual, aunque hemos conseguido un enfriamiento gratuito del aire exterior, éste segura metiendo mucho calor latente que habrá que vencer en la batería de frío. Esta energía que hay que aportar en la batería de frío es el tramo P5 verde. Para una mejor visualización el proceso se ha representado con la línea azul de enfriamiento desde las condiciones de salida del recuperador hasta las condiciones de impulsión de 14ºC, 100%HR

Proceso ROTATIVO:

Como podemos ver el proceso en el recuperador ROTATIVO de SORCIÓN es completamente distinto. En invierno el aire de extracción cede no solo su calor sensible al aire exterior introducido, sino que también es capaz de retener la humead del aire interior en sus paneles y cederla al aire exterior que la coge a la vez que se calienta, consiguiendo de este modo unas condiciones a la salida del recuperador con un grado de humedad muy alto 19ºC, 59%HR, que una vez calentado en la batería nos alcanza unas condiciones de 37ºC con una húmeda del 20%. Condiciones adecuadas para mezclar con el aire del local, que una vez vencida la carga térmica nos sitúan en las condiciones e 24ºC, 48% HR sin necesidad de lanza de vapor.

En lo que respecta a verano, el aire extruido (tramo P4 rojo) coge la humedad del aire exterior y éste al cedérsela al aire de extracción, termina en unas condiciones de salida mucho mejores que en el recuperador de placas, pues no sólo se ha enfriado hasta 26ºC, sino que durante el proceso de enfriamiento ha bajado su humedad al 54%HR (frente al 80%HR que te tenía en el placas). Toda esta energía es un importante ahorro en la batería de frío, cuyo proceso se representa en azul.

Gráficamente:

Como hemos podido ver, pese a tener la misma eficiencia ambos recuperadores del 78%, en invierno la recuperación sensible efectivamente es la misma en los dos sistemas, sin embargo con el recuperador de Adsorción tenemos un ahorro gracias al calor latente que aporta, que de otra manera o bien tendríamos una périda de confort resecando en exceso el ambiente o sería necesario incorpora un humectador de vapor con el consiguiente consumo que se ve en el ejemplo.

En verano, es mas evidente todavía el ahorro energético, ya que aunque el enfiramiento sensible es similar, el recuperador de sorción lleva el aire hasta unas condiciones de humedad absoluta mucho más bajas, lo cual supone un ahorro directo de energía de cara al posterior enfriamiento hasta las condiciones optimas de impulsión de aire.

Esta tecnología de Recuperación de Calor por adsorción, está teniendo una gran aceptación debido a la mejora de confort y ahorro de energía, y es especialmente interesante en lugares de costa y climas húmedos, en los que el aire interior del edificio está ya seco gracias a la climatización y el aire exterior puede tener un contenido en agua bastante superior.