¿Cómo optimizamos los sistemas HVAC para responder al uso de la vida real, ahorrar energía y brindar un entorno saludable y cómodo para los ocupantes del edificio?
Energía dentro de los edificios
El ahorro de energía es uno de los temas más importantes para muchas empresas en la industria de la construcción.Dado que HVAC representa una parte considerable del uso de energía del edificio a lo largo de su vida útil, la tecnología especificada y utilizada en los edificios debe estar a la vanguardia de cómo ahorrar energía.Los productos para ventilación, calefacción y refrigeración son cada vez más eficientes, impulsados por la legislación y el desarrollo de nuevas tecnologías en los componentes.Pero, mientras se avanza hacia una nueva tecnología eficiente, se debe garantizar que la tecnología existente se utilice de la manera más inteligente y eficiente.
Por lo general, los sistemas HVAC están diseñados para el uso del edificio en el peor de los casos.Los sistemas de refrigeración están diseñados para las temperaturas máximas del verano y la luz solar intensa, los sistemas de calefacción están diseñados para los días más fríos del año y los sistemas de ventilación se basan en los niveles máximos de ocupación.Esto es excelente para diseñar edificios resistentes, listos para todas las condiciones.Pero, ¿es así como se utilizan?
Los sistemas diseñados para picos de carga muy rara vez se utilizarán en estos niveles de diseño, si es que alguna vez lo hacen.La mayor parte de su vida, estarán operando a una fracción de la carga de diseño.Esta disparidad entre las cargas máximas de diseño y las cargas operativas reales es muy grande y, como veremos, cada vez es mayor.
La brecha de rendimiento presente y futuro
Dos factores harán que la diferencia entre el diseño máximo y los puntos operativos se vuelva aún más extrema.
Los edificios se utilizan hoy en día de una manera más flexible, en particular las aplicaciones comerciales y de oficinas, ya que se ofrecen a las empresas y los empleados posibilidades de trabajo flexible.Un sistema de ventilación y refrigeración de un edificio de oficinas diseñado para una ocupación completa en el año 2020, rara vez verá la misma ocupación en 2023 y más allá.
El calentamiento global ya está teniendo un impacto en el clima extremo, e incluso con cambios sustanciales en los factores contribuyentes, se esperan más eventos climáticos extremos en el futuro.Es probable que Europa se enfrente a veranos más cálidos y secos.Esto, en combinación con el efecto de isla de calor urbano que combina la temperatura de verano con condiciones de calor elevado en las áreas donde se encuentran muchos edificios comerciales y de oficinas, así como la consideración sobre cómo diseñar la mitigación del calor a nivel de la ciudad y la calle, probablemente significará que las cargas máximas para las que están diseñados los sistemas de edificios están aún más alejadas de la operación diaria de los edificios.
Los diseñadores de edificios tienen que integrar la nueva forma de utilizar los edificios, así como los riesgos futuros de condiciones climáticas extremas, en el diseño de edificios actual, ya sea en la etapa de desarrollo o remodelación.
Encontrar las eficiencias en la brecha de desempeño
Cuando un sistema HVAC funciona con carga parcial, generalmente funciona de manera más eficiente.Las unidades de tratamiento de aire (AHU) que funcionan a la mitad de la velocidad del ventilador utilizarán menos de una cuarta parte de la potencia de entrada.Una enfriadora o bomba de calor que funciona a carga parcial aprovecha al máximo su intercambiador de calor para permitirle funcionar con mayor eficiencia.Sin embargo, ¿es esto lo que está disponible con la tecnología que tenemos disponible?
Si podemos controlar nuestras AHU para proporcionar solo la cantidad de aire que necesitamos para los ocupantes dentro del edificio, mediante el uso de ventilación controlada por demanda (DCV), los serpentines de refrigeración y calefacción que están dimensionados para su capacidad máxima pueden controlar la temperatura del aire fresco. utilizando mucha menos energía.
Los serpentines dentro de fan-coils o vigas frías que dan servicio a los espacios interiores tampoco necesitan funcionar a plena carga, ya que estas unidades suelen seleccionarse para ocupación completa y en condiciones pico de verano o invierno.
Entonces tenemos que tomar una decisión con respecto a estas bobinas que no necesitan capacidad total.El camino tradicional sería reducir el flujo de líquido de enfriamiento o calentamiento usando una válvula.Esta es una forma sencilla de controlar localmente y es estándar en casi todos los sistemas.Pero, si tenemos un poco más de inteligencia en la conexión entre la enfriadora/bomba de calor y la batería podemos, además, optimizar la temperatura del líquido que alimenta la batería.Un serpentín de enfriamiento diseñado para usar agua a 6 grados centígrados, al 100 % de su capacidad, no necesita esa temperatura al 50 % de su capacidad.
El motivo para cambiar la temperatura del agua en los serpentines es aumentar la eficiencia de la enfriadora/bomba de calor.Aumentar un grado la temperatura del agua que fluye de un enfriador hace que sea un 3% más eficiente.Operar una bomba de calor un grado más fría aumenta su eficiencia en cantidades similares.
Entonces, cuando analizamos la demanda de las baterías que controlan el confort en las habitaciones, ya sea en la UTA o en el espacio, pueden operar a una temperatura de agua optimizada la gran mayoría del tiempo.De hecho, cálculos recientes de AHU conectadas a bombas de calor muestran que las temperaturas del agua se pueden optimizar durante más del 95 % del tiempo de funcionamiento, ahorrando más del 20 % de energía de refrigeración y más del 30 % de energía de calefacción.Esto simplemente controlando el sistema de manera más inteligente.
Este tipo de control de capacidad aún proporciona una gran comodidad en la habitación, así como beneficios energéticos, reduciendo los cambios de temperatura y las corrientes de aire en la habitación, cuando se controla adecuadamente.
Pasivo y free-cooling
Si tenemos enfriamiento gratuito disponible en el enfriador, optimizar las temperaturas del agua tiene un efecto aún mayor en las eficiencias.Free-cooling es donde el circuito de agua de refrigeración se enfría directamente por el aire exterior en lugar de utilizar el circuito de refrigeración DX de la enfriadora.Por lo general, hay algo de enfriamiento gratuito disponible cuando la temperatura del aire ambiente está un grado Celsius por debajo de la temperatura del agua de retorno.La cantidad de enfriamiento gratuito aumenta cuanto mayor es la diferencia entre la temperatura ambiente y la temperatura del agua, hasta que la enfriadora puede proporcionar todo el enfriamiento requerido utilizando su función de enfriamiento gratuito.Cada grado que aumentamos la temperatura del agua de refrigeración, el número de horas que podemos conseguir free-cooling aumenta considerablemente, ahorrando enormes cantidades de energía.
También podemos usar el enfriamiento natural disponible desde el suelo cuando usamos una bomba de calor/enfriador de fuente terrestre.Los sistemas geotérmicos reúnen calor de bajo grado en la tierra mediante un circuito de fluido canalizado y lo multiplican mediante una bomba de calor para producir una calefacción eficaz y eficiente para nuestros espacios.Muchas bombas de calor también pueden operar en modo de enfriamiento, proporcionando un enfriamiento eficiente al expulsar calor al suelo a través del circuito de fluido del suelo.Este tipo de sistema es perfecto para la refrigeración pasiva en una situación de carga parcial; eludir la bomba de calor y refrigerar el sistema directamente utilizando la temperatura más baja del suelo es una forma de refrigeración extremadamente eficiente.Al igual que con el enfriamiento gratuito, la optimización de las temperaturas del agua en la operación de carga parcial permite que el sistema esté en enfriamiento pasivo durante la mayor cantidad de tiempo, ahorrando la mayor cantidad de energía.
Control e inteligencia
Para lograr esto, necesitamos tener un sistema de control que pueda reconocer la carga requerida en los serpentines y utilizar esta información para optimizar las temperaturas de la enfriadora/bomba de calor en consecuencia.Se requiere inteligencia integrada en los enfriadores, las bombas de calor, las unidades de tratamiento de aire y las unidades de ambiente.Una comprensión de los límites de los productos separados es esencial junto con sus límites de trabajo y el conocimiento de cuándo no optimizar.Más que esto, un control de sistema de nivel superior necesita comunicarse de manera efectiva entre todas estas partes del sistema.Aparte de eso, el ahorro de energía se logra utilizando las partes normales del sistema, no invirtiendo en equipos más eficientes en particular, sino controlando lo que tenemos de una manera más inteligente.
Ya sea que los sistemas con los que estamos trabajando sean sistemas instalados existentes en un proyecto de renovación o un nuevo desarrollo que utilice nuevos productos eficientes de vanguardia, los principios de ahorrar más energía en la operación de carga parcial aún se aplican como una forma efectiva y sostenible de reducir los costos operativos.
Hora de publicación: 26-abr-2023