En los últimos años se ha producido un aumento de los requisitos normativos en materia de calidad de aire interior y de ahorro energético en proyectos de grandes superficies comerciales, lo que afecta a un considerable número de proyectos, no sólo de nueva construcción sino también de renovación.
Desde el punto de vista de la propiedad cobra mucho interés, por la repercusión económica que tiene, subrayar que el principal objetivo de estos proyectos consiste en instalar sistemas de climatización de mayor eficiencia energética.
La tendencia actual en climatización es hacia nuevas tecnologías de control, recuperación de energía, motores Inverter o electrónicamente conmutados o nuevos gases refrigerantes de menor GWP, así como el uso de bucles de condensación por agua o de transporte de energía térmica por agua para reducir el volumen de refrigerante de las instalaciones.
Acondicionamiento del aire para espacios amplios
Factor fundamental de la calidad del aire
Sin embargo, desde el punto de vista del diseño, no se debe perder de vista que la calidad del aire interior debe tener también un papel fundamental en el diseño de la instalación, de manera que los niveles de ventilación y las características del aire de impulsión se mantengan en los rangos de trabajo adecuados para alcanzar unos niveles óptimos de temperatura, humedad y de concentración de dióxido de carbono en el ambiente.
Finalmente, el uso de nuevas tecnologías como el almacenamiento en la nube de grandes volúmenes de datos, obtenidos mediante sistemas de supervisión, permite analizar el funcionamiento de la instalación de manera que los ingenieros de mantenimiento puedan depurar los parámetros de control de la instalación y de los equipos para conseguir el máximo ahorro energético en las condiciones reales de funcionamiento.
Todas estas circunstancias hacen que, a las consideraciones tradicionales de diseño de este tipo de instalaciones, se añadan todas las exigencias y tendencias tecnológicas actuales, lo que ha provocado un aumento de opciones en el mercado a la hora de seleccionar los equipos y las opciones más adecuadas para cada proyecto.
Diseño del edificio
Los factores que se deben de tener en cuenta en el diseño de los nuevos edificios de tipo gran superficie o en la renovación de los existentes son los relacionados con la mejora de los aislamientos de la envolvente, el uso de elementos de protección frente a la radiación solar, etc. Sin embargo, las grandes superficies son edificios cuya demanda energética es más sensible a otros factores más difíciles de controlar, como la ocupación, muy variable, y las cargas de ventilación asociadas.
Es muy importante tener presente la zonificación de los mismos, atendiendo a los diferentes usos de cada una de las zonas. Podemos distinguir, de manera generalizada, diferentes zonas que tienen características propias a la hora de establecer las necesidades térmicas para la selección de los sistemas de climatización, como son los centros comerciales y las zonas comunes, tiendas, locales de restauración, locales de ocio, superficie de venta, cines u otros usos.
Es así mismo necesario tener en cuenta los siguientes aspectos a la hora de evaluar la demanda térmica del edificio. En cuanto a las cargas internas, la elevada ocupación y el alto nivel de iluminación. Por otro lado, los altos caudales de aire exterior, función de la ocupación, así como las elevadas cargas asociadas y muy variables en el tiempo. Sin olvidar las más que posibles necesidades simultáneas de refrigeración y calefacción en determinados períodos del año.
Calidad Ambiental Interior
Puesto que la mayoría de los usos de las grandes superficies están relacionados con actividades comerciales de servicios, ya sean superficies de ventas o superficies de ocio (restauración, etc.) es muy importante diseñar el edificio teniendo presente la consecución de un nivel de calidad de aire interior adecuado, con el fin de preservar el bienestar de los usuarios y la higiene, tanto del propio edificio en sí como de las mercancías en él expuestas en las superficies de ventas. A este respecto, hay que tener en cuenta la calidad térmica del ambiente y la calidad del aire interior.
En relación a la calidad térmica del ambiente hay que considerar una temperatura operativa en refrigeración ≥ 2equicalefacción menor de ≤ 21°C así como una humedad relativa entre 30-70%. En cuanto a la calidad del aire interior, los factores principales son el aporte del aire exterior de ventilación y la filtración del mismo.
Los parámetros de diseño de Calidad del Aire Interior están definidos en el RITE, mediante las tablas 1.4.2.1, 1.4.2.3 y 1.4.2.5, que proporcionan la clase de filtración necesaria, la tasa de ventilación y el valor de la concentración de CO2 mínimos admisibles. La clase IDA3 es la exigida en este tipo de instalaciones.
Eficiencia energética
En relación con la eficiencia energética, los recientes reglamentos de Ecodiseño de la Unión Europea, también llamados ErP, marcan los valores mínimos de rendimiento energético estacional de los equipos a PFn > 70 kW para el enfriamiento gratuito por aire exterior, Qae > 0,5 m3/s la recuperación de calor del aire de extracción, la utilización de energías renovables, como la geotermia o la aerotermia, o residuales, así como la transferencia energética entre diferentes zonas del edificio son posibles medidas a adoptar para mejorar la eficiencia energética del conjunto de la instalación.
Recuperación de calor en unidades de climatización
La recuperación de calor del aire de extracción, en la mayoría de los casos es un requisito obligatorio a tener en cuenta en el diseño de las instalaciones de climatización en este tipo de edificios. A medida que las normativas han ido aumentado los requisitos relacionados con la calidad de aire interior, la recuperación aparece como una medida cada vez más necesaria para reducir el incremento del coste energético que supone el tratamiento térmico del caudal de aire de renovación. Asimismo, las normativas de ahorro energético exigen que los valores de eficiencia de los recuperadores de calor sean también cada vez más elevados.
Tradicionalmente, se han incorporado en los equipos de tratamiento de aire recuperadores de calor del tipo placas de flujo cruzado o intercambiadores rotativos, soluciones que suelen ser bastante voluminosas y con un mayor consumo en ventiladores. En este sentido, estas soluciones se pueden prever en obra nueva, pero en obra ya existente en renovación, es más su incorporación.
Recuperación dinámica, termodinámica y activa
De esta forma, se han ido desarrollando nuevos sistemas de recuperación basados en ciclos frigoríficos que sustituyen o complementan a los anteriores sistemas y que permiten cumplir con los requisitos normativos exigidos sin modificar sustancialmente las dimensiones de las unidades antiguas, encontrando diferentes propuestas en el mercado.
La recuperación termodinámica consiste en mezclar el aire de expulsión con el aire de condensación/evaporación en la unidad exterior, mejorando las condiciones de trabajo del ciclo frigorífico y, por consiguiente, aumentando su rendimiento energético.
La recuperación dinámica consiste en hacer pasar el aire de extracción por una batería adicional donde el refrigerante en estado líquido se subenfría aumentando la capacidad y eficiencia de la máquina.
La recuperación activa consiste en añadir un circuito frigorífico adicional en la máquina, que trabaja sobre el caudal de extracción y el caudal de aire interior en condiciones más favorables y con un alto rendimiento energético.
Una solución que se puede aplicar a grandes superficies ya construidas es de incluir una unidad de ventilación compacta e independiente con recuperación activa del aire de extracción por circuito frigorífico.
Nuevas opciones de los equipos para cumplir con los nuevos requisitos
En la actualidad, el mercado ofrece multitud de equipos y tecnologías innovadoras que permiten cumplir con los nuevos requerimientos normativos. Así, para las zonas de distribución alimentaria, los fabricantes como Keyter, ofrecen equipos con baterías de recuperación de calor que permiten aprovechar el calor de condensación de las unidades frigoríficas que se utilizan en estos espacios, con un ahorro de consumo eléctrico global que se estima entre el 15% y el 20% en los periodos donde predomina la carga térmica de calefacción.
Para cumplir con la F-Gas, que conlleva en los próximos años una drástica reducción en el uso de gases de efecto invernadero, se están imponiendo bombas de calor o enfriadoras con refrigerantes con un GWP próximo a 1, como los HFO e incluso el propano. Para las unidades rooftops, se desarrollan equipos con R513A, con el fin de poder ofrecer una solución de bajo GWP y que sea de tipo A1 para poder ser usado en este tipo de instalaciones.
Para cumplir con la exigencia de rendimientos de las diferentes ErP se han desarrollado unos nuevos índices de referencia para determinar la eficiencia estacional de las unidades, el SEER y el SCOP, y se han fijado valores mínimos para cada tipología de equipos a cumplir en 2018 y en 2021. Para poder aumentar el rendimiento de las unidades, se han desarrollado equipos con compresores montados en tándem o en trío, aumentando las etapas de capacidad de los equipos, y unidades con compresor Inverter, que permiten adaptar el consumo de las unidades a la demanda en las instalaciones.
Proceso de deshumidificación
Unido a lo anterior, se constata que el aumento de los requerimientos de ventilación de aire de renovación provoca en muchas zonas geográficas el aumento de las cargas latentes de manera que en el control del ambiente interior se debe considerar no sólo la regulación sobre la temperatura, sino también sobre la humedad. Para poder ofrecer soluciones que mejoren la capacidad de control sobre la humedad, se han desarrollado opcionales para los equipos autónomos, como la incorporación de una batería de post-calentamiento que recupera parte de la energía de condensación de la unidad para controlar la temperatura del aire de impulsión en el proceso de deshumectación.
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