¿Cómo recuperar calor en los sistemas de HVAC?
La recuperación de calor residual se refiere a la reutilización de la energía térmica que, de otro modo, se liberaría sin ser usada.
Hoy en día derivado del cambio climático que vivimos en el planeta la principal estrategia está enfocada en reducir las emisiones de CO₂. Como especialistas buscamos métodos para eficientizar los sistemas HVAC aprovechando y ahorrando costos por consumo de energía y así reducir los gases de efecto invernadero.
La recuperación de calor residual se refiere a la reutilización de la energía térmica que, de otro modo, se liberaría sin ser usada. Para dicha actividad, contamos con el estándar ASHRAE 90.1-2019 que define los métodos para diseñar edificios sustentables aprovechando el calor de rechazo en los sistemas HVAC.
¿Qué es un sistema de recuperación de calor?
Tomando de referencia la imagen, en una ventilación mecánica con ductos, si las condiciones de temperatura y humedad exterior donde se encuentra el proyecto son favorables, se puede aplicar un intercambiador entálpico donde se extrae el calor interior a una temperatura mayor (color rojo) y donde se aprovecha la temperatura del exterior si es menor (color azul), lo que redunda en un aumento de la eficiencia del equipo al consumir y requerir menor cantidad de energía para el proceso de enfriamiento.
Más adelante se hablará de cómo se aplica el concepto de recuperación de calor al diseño de plantas de agua helada.
¿Qué necesita un sistema de recuperación de calor?
El proceso de recuperación de calor funciona igual para los sistemas HVAC enfriados por aire o por agua, hay que tener en cuenta que se debe disponer de una fuente de calor de rechazo y de un fluido receptor de calor.
Como sabemos la energía fluye de mayor a menor, por lo tanto, la fuente de calor “cederá” parte de esta al receptor (el cual posee menor energía) y se incrementará al estar en contacto con la fuente a través del intercambiador de calor empleado.
Pero te preguntarás, ¿a dónde se envía este excedente calorífico recuperado?
Este excedente se envía a un lugar que es el adecuado y en el que se redirige este calor de rechazo proveniente de los sistemas de servicio de agua caliente.
Sistemas de servicio de agua caliente
Los sistemas de servicio de agua caliente se pueden relacionar con el funcionamiento de una planta de enfriamiento HVAC de un edificio, donde el calor de rechazo se puede enviar al tanque de almacenamiento de agua caliente y disminuir elconsumo de gas durante el verano o los días más calurosos del año.
Un sistema de que brinda servicio de agua caliente (y que es de gran capacidad) debe contar con un tanque de almacenamiento que es calentado de manera indirecta por un sistema de calderas. El sistema de calderas se diseña e instala para que el tanque de almacenamiento y el de calderas operen en conjunto y así poder cumplir con la demanda de agua caliente de manera instantánea, es decir, cuando el servicio de agua caliente alcanza su pico entran en operación las calderas con lo que se cubre la demanda restante. Así mismo, cuando la demanda es mínima, las calderas entran en operación en modo reabastecimiento para mantener un mínimo de temperatura en el tanque de almacenamiento.
Generación de agua caliente con calor recuperado
Si el proyecto cuenta con un sistema de servicio de agua caliente que funciona con calderas y una planta central de agua helada es importante evaluar y mejorar su eficiencia de operación redirigiendo el calor de rechazo.
En un sistema de enfriamiento por aire (como en la imagen) es en el condensador del chiller donde se libera a la atmósfera todo el calor absorbido, y en un sistema enfriado por agua es en las torres de enfriamiento donde se libera el calor.
Hay que destacar que es en el circuito del condensador donde se agrega un sistema de recuperación de calor.
Con esta aplicación, se le pueden dar dos usos al agua proveniente del condensador, cada uno diferenciado por la temperatura del agua proporcionada por el sistema de recuperación:
- Si el agua caliente viene a una temperatura de 140 °F o superior se puede utilizar para calentar el agua en un tanque de almacenamiento.1 En un sistema de agua caliente tradicional esto lo hace una caldera.
- Si el agua caliente viene a temperaturas menores a 140 °F ésta sólo se puede usar como precalentamiento, proceso intermitente que hace una caldera cuando se incrementa la temperatura en el tanque de almacenamiento.
Cuando nuestro sistema de recuperación de calor está diseñado únicamente para el precalentamiento del agua de servicio, éste puede agregar calor cuando hay un flujo del agua de servicio, por lo que es importante que exista reposición del agua caliente a través de una caldera.
Generación de calefacción con calor recuperado
Al momento de diseñar nuestros sistemas de recuperación de calor es de suma importancia que no se sobredimensione éste con la idea de que se utilizará para cubrir la demanda térmica total que pueda presentarse durante el invierno; así mismo, tampoco es recomendable que se reduzca la capacidad del sistema, ya que el calor recuperado solamente es un apoyo que nos permite disminuir el consumo de gas o electricidad.
Para el sistema de calefacción éste se debe considerar independiente como circuito cerrado con su línea de suministro y de retorno, para el servicio de agua caliente se deberá contar con su propia línea de suministro, lo que nos permitirá garantizar que la recuperación de calor del condensador permita cubrir la demanda de calefacción en temporada cálida. Se requiere de un análisis integral de consumo anual de energía mediante un software específico de modelado energético.
Aplicaciones HVAC de recuperación de calor
Como ya se mencionó, generalmente el proceso de recuperación de calor se realiza dentro de los circuitos de los condensadores de los chillers.
En este artículo se mencionaran 4 diferentes:
- Sistema de recuperación de calor con intercambiador secundario.
- Sistema de recuperación de calor con condensador divido.
- Unidad bomba de calor.
- Chiller de absorción a gas.
