dimecres, 18 de juny de 2014

LA TERMOACUMULACIÓN PARA CLIMATIZACIÓN: ¿UNA OPCIÓN REAL?

Los sistemas de climatización que usan los grandes edificios no industriales poseen una característica importante: no actúan bajo un funcionamiento continuo y estable. Su dependencia de parámetros múltiples y cambiantes hace que la potencia, y por tanto su consumo instantáneo, sea muy variable. O, teóricamente, así debería ser. Demasiados sistemas, no precisamente antiguos, funcionan hoy todavía en modo todo-nada.
Este régimen discontinuo, a parte de complicar la instalación y su correspondiente control, obliga a un lógico dimensionamiento en máximos para cubrir las puntas, que muy a menudo no supera el 10% del tiempo de uso (si llega).
Por otro lado, los equipos principales y auxiliares, sobretodo compresores y bombas, trabajan buena parte del tiempo en régimen poco óptimo. Además, es necesario modularlos en varias fases y máquinas, encareciendo el sistema aún más.
Si pensamos en consumo y en costos para refrigeración, las necesidades y cargas térmicas más altas se dan en periodos de mayor costo tarifario (con la excepción de agosto en España, que coincide con periodo de costo valle).

Consecuentemente, sería deseable aplicar dos mejoras:
  • Aplanar la curva de demanda, reduciendo así la variabilidad de régimen de funcionamiento
  • Diferir y distribuir los consumos a periodos de tarificación más barata.
Para alcanzar ambos objetivos, el periodo invernal lo facilita más que el de verano, ya que los acumuladores de calor ofrecen una buena y barata  manera de conseguirlo.
Sin embargo, en el resto del año la respuesta puede estar en la industria: la termoacumulación con hielo, utilizada desde hace 40 años en Estados Unidos y Francia, por ejemplo. En España se ha utilizado, aparte de la industria, en planta de District Cooling y grandes edificios (como el Teatro Real de Madrid, por  Sedical).
Básicamente consiste en producir hielo mediante el sistema de producción de frío para climatización (preferentemente un hidrónico), durante horario nocturno o en periodos de tarifa baja. Después, el calor latente del hielo se usa para enfriar el circuito de clima, liberando buena parte del trabajo de la planta de frío (normalmente en torno a un 40% de la potencia nominal)

Lo primero que acude a la mente es que se trata de un sistema con gran ocupación de superficie, costo y mantenimiento y que no compensa. Si hablamos de sistema de serpentines sumergidos en tanques (construidos entre otros por Baltimore Aircoil), efectivamente necesita un volumen importante que a menudo no está accesible en un edificio. Sin embargo, tecnologías como las de nódulos (Criogel o Cristopia) permiten un almacenamiento más compacto de hielo en vertical.

 
Debido a que el frío almacenado en el sistema, también llamado banco de hielo, suple buena parte de la demanda del sistema, éste puede ser dimensionado a la baja en su generación de frío y contratación eléctrica, asegurando que los picos queden cubiertos. 
En resumen, parece que sistema sea muy ventajoso, y se podria pensar que puede ser perfecto en la mayoría de edificios. La realidad es un poco más dura, ya que:
  • El sistema es bastante caro en inversión inicial y no está libre de mantenimiento.
  • Para producir hielo, las plantas deben trabajar a temperaturas negativas (-4ºC), y ser aptas para ello, disminuyendo su rendimiento
  • Aumenta el número de equipos auxiliares, lo que incrementa el riesgo de averías y de pérdidas del sistema.
  • Si las plantas enfriadoras se dimensionaron en condiciones normales, una sucesión de días de carlos inusual puede provocar que la climatización sea insuficiente en capacidad.
Donde se ha aplicado, la rentabilidad económica no es menospreciable, llegando a un TIR a 25 años superior al 18%. Y los sistemas en general son robustos y fiables. Así pues, ¿es una opción real?. Sí es la respuesta, pero siempre si se estudia a fondo cada situación y se dan determinadas circunstancias:
  • Por supuesto, tarifas discriminadas por periodos o existencia de fuente de energía variable (trigeneración basada en renovables, por ejemplo).
  • Necesidades de refrigeración en gran parte del año, no sólo limitadas a verano.
  • Incorporación durante el proyecto o, si el edificio existe, coincidiendo con un cambio total en la instalación.
  • Existencia de picos de consumo en periodos de tarificación más alta o penalizaciones.
En Centros Comerciales, teatros, cines, estadios, aeropuertos, etc. pueden resultar un modo interesante de ahorrar costos tanto de instalación como de consumo. Pero antes es necesario un estudio riguroso y detallado, en el cual la simulación de toda las curvas de consumo es esencial.

dimarts, 3 de juny de 2014

LA TERMOACUMULACIÓ PER A CLIMATITZACIÓ: UNA OPCIÓ REAL?

Els sistemes de climatització que fan servir els grans edificis no industrials poseeixen una característica important: no mostren un funcionament continu i estable. En estar lligats a paràmetres múltiples i canviants, la potència, i per tant el consum dels mateixos és igualment variable. O si més no, així hauria de ser. Encara avui malgrat tot, molts sistemes no excessivament vells funcionen en sistema tot-res.
Aquest règim discontinu, a part de complicar la instal.lació i el seu control, obliga a un dimensionament en màxims per cobrir les puntes, que de vegades no superen el 10% del temps d'ús previst. (o inclús no hi arribaran mai).
Per altra banda, els equips principals i auxiliars funcionen gran part del temps en règims poc òptims. A més, cal modular-los en varies fases i plantes, encarint el sistema encara més.
Si pensem en consum i en costos, per a refrigeració, les necessitats i càrregues tèrmiques més altes es donen en periodes (exceptuant potser el mes d'agost) de major cost tarifari.
Així doncs, per lògica fora bo realitzar dues coses:
  • Aplanar la corba de la demanda, i reduir la variabilitat de règim
  • Diferir y distribuir els consums a periodes de tarificació més baixa.
Per assolir aquests dos objectius, l'hivern en ho possa més fàcil que l'estiu, ja que els acumuladors de calor ofereixen una bona i barata manera de fer-ho.
Però a l'estiu cal buscar la resposta en la indústria: la termoacumulació en gel, utilitzada ja fa uns 40 anys a EEUU i França, per exemple. A Espanya, s'ha fet servir els últims temps, fora de l'indústria, en District Coolings i grans edificis (com el Teatro Real, per part de Sedical ).
Bàsicament es tracta de produir gel amb el sistema de refredament de la climatizació (preferentment un hidrònic), durant horari nocturn o de baixes tarifes i demanda, per després utilitzar la calor latent i sensible de l'aigua gelada per refredar l'aigua del circuit en hores puntes de consum, alliberant en bona part el sistema convencional.(normalment en torn a un 40%)
El primer que pot venir a la ment és que potser es tracta d'un sistema que ocupa una gran superfície i no compensa. Si parlem de sistema de serpentins sumergits en tancs (Baltimore Aircoil, per exemple), efectivament necessita un volum important que de vegades no està accessible en un edifici. Tanmateix, tecnologies com la dels nòduls (Criogel o Cristopia) permeten un enmagatzemantge més compacte de gel en vertical.
 
Degut a que el fred enmagatzemat en el sistema, també anomenat banc de gel, supleix part de la demanda del sistema, aquest pot ser dimensionat a la baixa en quan a centrals de producció de fred, assegurant poder cobrir el pics.
Sembla que el sistema sigui molt ventatjòs, i hom podria pensar que perfecte per qualsevol edifici. La realitat és una mica més dura, ja que:
  • El sistema es força car en inversió inicial i necessita manteniment.
  • Per produir gel, les plantes han de treballar a temperatura negativa, disminuint el seu rendiment.
  • Augmenta el número de equips que augmenten el risc d'avaries i de pèrdues del sistema.
  • Si les plantes refredadores s'han dimensionat en condicions mitjanes, una successió de dies de calor inusual pot fer que la climatització sigui insuficient en capacitat.
Allà on s'ha aplicat i estudiat a fons, la rentabilitat econòmica no és menyspreable, arriban a TIR a 25 anys superior al 18%. I els sistemes en general son robustos i fiables. Així, doncs, són una opció real?. Sí, si s'estudia a fons cada situació i es donen determinades circumstàncies:
  • Per descomptat, tarifes discriminatòries per periodes o fonts d'energia variables (per exemple en trigeneració basada en renovables)
  • Necessitats de refrigeració durant bona part de l'any, degut a la baixa tarificació en estiu.
  • Incorporació durant projecte o si l'edifici és existent, coincidint amb un canvi total de la producció de fred.
  • Existència de pics de càrrega durant els periodes més onerosos.
En Centres Comercials, teatres, cinemes, estadis, aeroports, etc... poden esdevenir una manera interessant d'estalviar costos tant d'instal.lació com de consum. Però cal abans sempre un estudi pormenoritzat, en el qual la simulació de las corbes de càrrega en totes les condicions és essencial.